BRPI0614705A2 - composition, hybrid rock, process for converting waste material into a hybrid rock, and, hybrid rock apparatus - Google Patents
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Abstract
COMPOSIçãO, ROCHA HìBRIDA, PROCESSO PARA CONVERTER MATERIAL RESIDUAL EM UMA ROCHA HIBRIDA, E, APARELHO PARA FORMAR ROCHA HIBRIDA. A invenção diz respeito a composições de rocha híbrida sintética, artigos de fabricação e processos relacionados que empregam materiais de partida de resíduo mineral, tais como rejeitos de mina, rocha de lavra de mina, cinza, escória, finos de pedreiras e limos, para produzir artigos de fabricação de valor e produtos, que são caracterizados por características fisicas e estruturais superiores, incluindo baixa porosidade, baixa absorção, maior resistência e durabilidade, e plasticidade retida. Os materiais resultantes são composicionalmente e quimicamente distintos de materiais de rocha sintética convencionais, demonstrado pela análise de microssonda eletrónica de varredura, e são usados em uma ampla variedade de aplicações, particularmente com relação a construção comercial e residencial.COMPOSITION, HYBRID ROCK, PROCESS TO CONVERT RESIDUAL MATERIAL TO A HYBRID ROCK, AND APPLIANCE TO FORM HYBRID ROCK. The invention relates to synthetic hybrid rock compositions, manufacturing articles and related processes that employ mineral waste starting materials, such as mine tailings, mine rock, ash, slag, quarry fines and sludge, to produce valuable articles of manufacture and products, which are characterized by superior physical and structural characteristics, including low porosity, low absorption, greater resistance and durability, and retained plasticity. The resulting materials are compositionally and chemically distinct from conventional synthetic rock materials, as demonstrated by scanning electron microprobe analysis, and are used in a wide variety of applications, particularly with regard to commercial and residential construction.
Description
COMPOSIÇÃO, ROCHA HÍBRIDA, PROCESSO PARA CONVERTERMATERIAL RESIDUAL EM UMA ROCHA HÍBRIDA, E, APARELHOPARA FORMAR ROCHA HÍBRIDA"COMPOSITION, HYBRID ROCK, PROCESS FOR RESIDUAL CONVERTER MATERIAL ON A HYBRID ROCK, AND APPLIANCE FORMING A HYBRID ROCK "
CAMPO DA INVENÇÃOFIELD OF INVENTION
A invenção seguinte está no geral voltada para composições derocha híbrida sintetizada de matéria, artigos de fabricação e processosrelacionados que empregam como material de partida rejeitos de mina, rochade lavra de mina, cinza, escória, finos de pedreira, limos e materiais deresíduos minerais similares. DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADAThe following invention is generally directed to synthesized hybrid material rock compositions, articles of manufacture and related processes which employ as starting material mine tailings, mine rock, ash, slag, quarry fines, slime and similar mineral waste materials. DESCRIPTION OF RELATED TECHNIQUE
O processamento de área degradada por mineração e demineral residual, até agora, não são indústrias inéditas. Existem inúmerossistemas, processos e métodos para realizar limpeza ambiental de mineração,e para a fabricação de produtos úteis a partir de matérias-primas compostasbasicamente de constituintes de minerais residuais.Processing of degraded area by mining and residual demineral, so far, are not unprecedented industries. There are numerous systems, processes and methods for performing environmental mining clean-up, and for manufacturing useful products from raw materials that are basically made up of waste mineral constituents.
A patente U.S. 3.870.535 revela um método de tratar refugosde mina de carvão para produzir material cimentoso, que é auto endurecido àpressão atmosférica, e pode ser usado como carga estrutural, material parabase de rodovias ou, alternativamente, como uma barreira consolidada deagregados para impedir penetração de percolação e contaminação de águasuperficial resultante. O método envolve tratar rejeitos de mineração decarvão provenientes de processos de extração de carvão com calcário (paraneutralizar o ácido sulfurico), ou calcário e um material pozolânico, tal comocinza volante, para reagir à pressão atmosférica pelo menos por diversos dias,na presença de umidade com íons sulfato que foram liberados dos rejeitos e,em alguns casos, também reagir com produtos de ferro solúveis nos rejeitos.Os produtos reivindicados são misturas de refugos de mina de carvão econcentrações estequiometricamente distintas de calcário, água e cinzavolante. Os produtos da invenção são em geral da variedade 3CaO, AI2O3,3CaS04, 30-32H20 ou 3CaO, Al2O3, CaSO4 e 10-12H20. Dados de teste depermeabilidade para amostras de produtos indicaram que a permeabilidadediminuiu depois do término de um período de cura de sete dias a 100 0F (37,8°C). Da mesma forma, dados de tensão compressiva indicaram que aresistência compressiva do material, medida em PSI, aumentou com oaumento do tempo de cura. Informação detalhada relativa à densidade eplasticidade da composição não é revelada. Entretanto, a composição é pornatureza cimentosa, e, portanto, de aplicação e utilidade potencial limitada.Desvantagens bem conhecidas associadas com produtos a base de cimentoincluem alta porosidade e instabilidade estrutural em decorrência deflutuações de temperatura e clima.US 3,870,535 discloses a method of treating coal mine waste to produce cementitious material which is self-hardening at atmospheric pressure and can be used as structural filler, road base material or alternatively as a consolidated aggregate barrier to prevent percolation penetration and resulting surface water contamination. The method involves treating coal mining tailings from coal extraction processes with limestone (to neutralize sulfuric acid), or limestone and a pozzolanic material, such as fly gray, to react at atmospheric pressure for at least several days in the presence of moisture. with sulfate ions that have been released from the tailings and, in some cases, also react with waste soluble iron products. The claimed products are coal mine tailings mixtures and stoichiometrically distinct concentrations of limestone, water and ash. The products of the invention are generally of the variety 3CaO, Al2O3.3CaSO4, 30-32H20 or 3CaO, Al2O3, CaSO4 and 10-12H20. Permeability test data for product samples indicated that permeability decreased after the completion of a seven day curing period at 100 ° F (37.8 ° C). Similarly, compressive stress data indicated that compressive strength of the material, measured in PSI, increased with increasing cure time. Detailed information regarding the density and plasticity of the composition is not disclosed. However, the composition is cementitious in nature, and therefore of limited application and potential utility. Well-known disadvantages associated with cement-based products include high porosity and structural instability due to temperature and climate fluctuations.
A patente U.S. 5.286.427 revela um método de realizarlimpeza ambiental, produzindo materiais de construção estrutural usandomaterial de rejeito de rejeitos de mina. O método envolve prover instalaçõespara produzir o material de construção estrutural; prover matérias-primas paraproduzir o material de construção, as matérias-primas compreendendo rejeitosde mina não processados (com um grau de material adequado para usoimediato) como um substituto de areia de sílica processada, mas cimento depó de alumínio; analisar os rejeitos de mina para determinar a composição equantidades percentuais em peso de outras matérias-primas presentes;preparar uma lama a partir dos rejeitos de mina e combinar a lama com outrasmatérias-primas para formar uma lama concentrada; ajustar as quantidades deoutras matérias-primas de acordo com as quantidades percentuais em pesodeterminadas nos rejeitos de mina; e processar a lama concentrada através dainstalação provida, incluindo uma etapa final de cura que produz o materialestrutural de construção. Por causa da reação química que ocorre no estágiode lançamento, a lama da produção muda de uma forma fluida para umaforma quase sólida do material de construção. A forma quase sólida expande-se e ajusta-se à forma de um molde e facilita o corte em unidades menoresantes da cura. O cimento aerado autoclavado, produzido e reivindicado, temutilidade limitada em virtude de a composição não ter plasticidade e serportanto incapaz de reforma subseqüente eficiente. Informação a respeito dapermeabilidade, porosidade e tempo de cura do material exigidos não érevelada. Conforme declarado anteriormente, desvantagens bem conhecidasassociadas com cimento incluem alta porosidade e instabilidade estrutural emdecorrência de flutuações de temperatura e clima.U.S. Patent 5,286,427 discloses a method of performing environmental cleaning by producing structural construction materials using mine tailings material. The method involves providing facilities for producing the structural building material; providing raw materials for producing the building material, raw materials comprising unprocessed mine tailings (with a grade of material suitable for immediate use) as a substitute for processed silica sand, but aluminum dust cement; analyze mine tailings to determine the composition by weight percentages of other present raw materials, prepare a sludge from the mine tailings and combine the sludge with other raw materials to form a concentrated sludge; adjusting the quantities of other raw materials according to the weight percentages determined in the mine tailings; and processing the concentrated sludge through the provided facility, including a final curing step that produces the structural building material. Because of the chemical reaction that occurs in the release stage, the production slurry changes from a fluid form to an almost solid form of the building material. The almost solid shape expands and fits into the shape of a mold and facilitates cutting into smaller curing units. The autoclaved aerated cement, produced and claimed, is limited in its ability because the composition lacks plasticity and is therefore incapable of subsequent efficient reforming. Information regarding the required permeability, porosity and cure time of the material is not disclosed. As stated earlier, well-known disadvantages associated with cement include high porosity and structural instability due to temperature and climate fluctuations.
A patente U.S. 6.825.139 revela uma composição cristalina,um produto policristalino, um artigo de fabricação e um processo relacionadoque utiliza cinza de carvão como material de partida. O processo envolvemisturar partículas de cinza de carvão com pelo menos um agente deformação de vidro e pelo menos um catalisador de cristalização, fundir estacombinação para formar uma mistura e resfriar a mistura resultante até atemperatura ambiente para formar um produto policristalino não porosohomogêneo compreendendo SiO2, Al2O, CaO, Fe2O3, TiO2, MgO, Na2O,Li2O, CeO2, ZrO2, K2O, P2O5, Cr2O3, ZnO e MnO2. Os produtospolicristalinos são materiais policristalinos obtidos de composições de vidropor meio de cristalização catalítica e consistindo de uma a diversas fasesmineralógicas cristalinas distribuídas uniformemente na fase vidro restante. Aavaliação da microestrutura, revelada por microscopia eletrônica, mostrouuma estrutura vidro-cerâmica densa com as dimensões dos cristais deaproximadamente 1 mícron. A composição mineralógica da composição,demonstrada por difração de raios-X, revelou que a fase cristalinapredominante é amortita, ao passo que as fases cristalinas adicionais incluemalbita e dissilicato de lítio. A densidade do vidro foi determinada em 2.720kg/m ; a porosidade menor que 0,02 %; e a tensão de dobramento foi até 150MPa. Entretanto, a composição é aquecida a temperaturas que exigem adiçãode pelo menos um catalisador de cristalização para realizar as várias fasescristalinas, e até o ponto em que a composição, artigo e processocorrespondente são relativamente trabalhosos e propensos a imprecisões, casoocorram erros durante a adição do catalisador.U.S. Patent 6,825,139 discloses a crystalline composition, a polycrystalline product, an article of manufacture and a related process using carbon ash as a starting material. The process involves mixing carbon ash particles with at least one glass-forming agent and at least one crystallization catalyst, melting this combination to form a mixture and cooling the resulting mixture to room temperature to form a non-porous homogeneous polycrystalline product comprising SiO 2, Al 2 O, CaO, Fe2O3, TiO2, MgO, Na2O, Li2O, CeO2, ZrO2, K2O, P2O5, Cr2O3, ZnO and MnO2. Polycrystalline products are polycrystalline materials obtained from glassware compositions by catalytic crystallization and consisting of one to several crystalline mineral phases evenly distributed over the remaining glass phase. The microstructure evaluation, revealed by electron microscopy, showed a dense glass-ceramic structure with crystal dimensions of approximately 1 micron. The mineralogical composition of the composition, demonstrated by X-ray diffraction, revealed that the predominant crystalline phase is amortite, while the additional crystalline phases include lithium disite and lithium disilicate. The glass density was determined at 2,720kg / m; porosity less than 0.02%; and the bending voltage was up to 150MPa. However, the composition is heated to temperatures that require the addition of at least one crystallization catalyst to perform the various crystalline phases, and to the extent that the composition, article and corresponding process are relatively labor intensive and prone to inaccuracy if errors occur during catalyst addition. .
O processamento em volume de material mineral mineradorelativamente homogêneo também resultou na criação de inúmeros produtosde azulejos/ladrilhos cerâmicos de variada qualidade e durabilidade. Porexemplo, cerâmicas convencionais produzidas pelo processamento demisturas de constituintes minerais naturais e misturas podem ser classificadas,de acordo com seu teor de vidro, como não vítrea, semi-vítrea e vítrea.Cerâmica não vítrea, das quais Dal-Tile é um exemplo, é em geral fabricadade argila, talco e minerais de carbonatos, e tem absorção de água maior que 7%. Não são usados minerais fundentes tal como feldspato nessascomposições. Dal-Tile não vítrea deste tipo tem uma absorção de água de 13-14 %, medida pela ASTM C373. Este tipo de azulejo/ladrilho virtualmentenão tem teor de vidro, e obtém sua integridade estrutural a partir de reações deestado sólido e sinterização. Cerâmica semi-vítrea, da qual Balmor é umexemplo, em geral têm um certo teor de vidro e absorção de águacorrespondente entre cerca de 4 % e cerca de 7 %. Este é um produto de corpovermelho, sua cor por causa de seu teor de ferro natural. Tais corpos sãogeralmente feitos de misturas de terra contendo argila que contêm quartzo efeldspato natural. Este último age como um agente fundente para produziruma fase líquida durante a queima, a dita fase líquida convertendo em vidrodurante o resfriamento. Cerâmica vítrea, incluindo azulejo/ladrilho deporcelana, da qual Granitifiandre Kashimir White é um exemplo, tem menosde 4 % de absorção de água. Verdadeiros produtos de porcelana tipicamentetêm valores de absorção de água menores que cerca de 0,5 %. Esses materiaissão basicamente produzidos a partir de matérias-primas de argila caolinita,quartzo e feldspato. Eles têm um alto teor de vidro (tipicamente 20-30 %), esão também caracterizados pela falta de fases cristalinas que precipitaram dafase líquida durante o resfriamento. Eles geralmente contêm mineral mulita(3ΑΙ2Ο3 - 2S1O2) formado a temperaturas de queima elevadas a partir dadecomposição do estado sólido da matéria-prima caolinita.Volume processing of relatively homogeneous mining mineral material has also resulted in the creation of numerous ceramic tile products of varying quality and durability. For example, conventional ceramics produced by the processing of mixtures of natural mineral constituents and mixtures may be classified according to their glass content as non-glassy, semi-glassy and glassy. Non-glassy ceramic, of which Dal-Tile is an example, is generally made of clay, talc and carbonate minerals, and has a water absorption greater than 7%. Flux minerals such as feldspar are not used in these compositions. Non-vitreous Dal-Tile of this type has a water absorption of 13-14% as measured by ASTM C373. This type of tile has virtually no glass content, and achieves its structural integrity from solid state reactions and sintering. Semi-glass ceramics, of which Balmor is an example, generally have a certain glass content and corresponding water absorption of between about 4% and about 7%. This is a red body product, its color because of its natural iron content. Such bodies are generally made of clay-containing earth mixtures containing quartz and natural feldspar. The latter acts as a fluxing agent to produce a liquid phase during firing, said liquid phase converting the cooling into glazing. Glass ceramic, including porcelain tile, of which Granitifiandre Kashimir White is an example, has less than 4% water absorption. True porcelain products typically have water absorption values of less than about 0.5%. These materials are basically made from raw materials of kaolinite clay, quartz and feldspar. They have a high glass content (typically 20-30%), and are also characterized by the lack of crystalline phases that precipitated from the liquid phase during cooling. They usually contain mullite mineral (3ΑΙ2Ο3 - 2S1O2) formed at high burning temperatures from the solid state composition of the kaolinite raw material.
Materiais de azulei o/ladrilho cerâmico não vítreos comercialmentedisponíveisCommercially Available Non-Glazed Ceramic / Tile Materials
A figura 1 é uma imagem eletrônica retrodispersa (BSE) demicrossonda eletrônica de varredura do azulejo/ladrilho cerâmico comercialnão vítreo fabricado pela Dal-Tile™. Esta imagem BSE ilustra amicroestrutura mineralógica típica deste azulej o/ladrilho cerâmico não vítreodominado por partículas floculadas discretas (1 e 2) que são cimentadas(sinterizadas) sem matriz de vidro aparente. Os espectros da análisemicroquímica de raios-X de Energia Dispersiva (EDX) das partículasfloculadas dominante mostram uma composição química de magnésio-silicato. Esta composição corresponde ao mineral "enstatita" (Mg0-Si02)identificado na análise de difração de raios-X (XRD) feita nesta amostra deazulej o/ladrilho cerâmico. A fase mineral enstatita não "cresce" ou cristalizade uma fase líquida, uma vez que não existe nenhuma, mas, em vez disso, foiformada como um mineral de substituição de estado sólido pseudo-amorfo dealta temperatura para um material de carga de alimentação talco amplamenteoriginal. Talco é um mineral de silicato de magnésio hidratadoMg3Si4OlO(OH)2.Figure 1 is a backscattered electronic image (BSE) of the non-vitreous commercial ceramic tile scanning electron probe manufactured by Dal-Tile ™. This BSE image illustrates the typical mineralogical microstructure of this unglazed ceramic tile by discrete flocculated particles (1 and 2) that are cemented (sintered) without apparent glass matrix. Dispersive Energy X-ray (EDX) chemistry spectra of the dominant flocculated particles show a chemical composition of magnesium silicate. This composition corresponds to the mineral "enstatite" (Mg0-Si02) identified in the X-ray diffraction analysis (XRD) performed on this deazulejo / ceramic tile sample. The enstatite mineral phase does not "grow" or crystallize a liquid phase as none exists but instead is formed as a high temperature pseudo-amorphous solid state replacement mineral for a largelyoriginal talc feedstock. . Talc is a hydrous magnesium silicate mineral Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2.
Bordas de reação de cor clara (branca) (3) envolvem vazios(pretos), alguns dos quais contêm partículas parcialmente dissolvidas (4).Light (white) reaction edges (3) surround voids (black), some of which contain partially dissolved particles (4).
Análise EDX indica que as bordas (3) possuem uma composição química desilicato de magnésio e alumínio que corresponde ao mineral cordierita (MgO-AI2O3-S1O2) detectado por análise XRD. As partículas parcialmentedissolvidas no centro de alguns dos vazios têm uma composição química deóxido de magnésio típica de periclásio. A abundância deste material MgO foimuito baixa para ser detectável em análise XRD.EDX analysis indicates that edges (3) have a magnesium aluminum desilicate chemical composition that corresponds to the cordierite mineral (MgO-Al2O3-S1O2) detected by XRD analysis. Partially dissolved particles in the center of some voids have a typical periclase magnesium oxide chemical composition. The abundance of this MgO material was too low to be detectable in XRD analysis.
Partículas angulares secundárias (5) com uma composiçãoquímica de sílica correspondem à composição de quartzo (Si02) detectadacomo um componente secundário neste azulejo/ladrilho cerâmico por análiseXRD.Secondary angular particles (5) with a silica chemical composition correspond to the quartz (Si02) composition detected as a secondary component in this ceramic tile by XRD analysis.
Os espaços vazios abundantes (pretos) ilustram a altaporosidade deste material de azulejo/ladrilho cerâmico não vítreo (6). Aausência de matriz vítrea significativa neste material causa pouco contrato deligação grão na matriz (7). Ambas essas propriedades físicas contribuem paramaior absorção de água, menor dureza e menor módulo de ruptura (MOR -uma medida da resistência mecânica) determinado para este azulejo/ladrilhocerâmico.The abundant (black) voids illustrate the high vapority of this non-vitreous ceramic tile (6). The absence of significant glass matrix in this material causes little grain deletion contract in the matrix (7). Both of these physical properties contribute to higher water absorption, lower hardness and lower modulus of rupture (MOR - a measure of mechanical strength) determined for this ceramic tile.
Materiais de azulejo/ladrilho cerâmico semi-vítreo comercialmente disponívelCommercially Available Semi-Glass Ceramic Tile / Tile Materials
A figura 2 é uma imagem eletrônica retrodispersa (BSE) demicrossonda eletrônica de varredura do azulejo/ladrilho cerâmico comercialsemi-vítreo da Balmor™. A figura 2 ilustra a microestrutura mineralógicatípica deste azulejo/ladrilho cerâmico semi-vítreo de grãos minerais primáriosparcial ou completamente dissolvidos. Análises EDX desses grãos deminerais revelaram as composições químicas, que são correlacionadas comminerais específicos identificados por análise XRD como constituintes destematerial de azulejo/ladrilho. Esses incluem potássio-feldspato (10), feldspatoplagioclásio (11, quartzo (12) e goetita (Fe(OH)2) (13).Figure 2 is a retrodispersal electronic image (BSE) of the Balmor ™ semi-vitreous commercial electronic scanning tile. Figure 2 illustrates the typical mineralogical microstructure of this semi-vitreous ceramic tile of partially or completely dissolved primary mineral grains. EDX analyzes of these demineral grains revealed the chemical compositions, which are correlated with specific minerals identified by XRD analysis as constituents of this tile / tile material. These include potassium feldspar (10), feldspatoplagioclase (11, quartz (12) and goethite (Fe (OH) 2) (13).
Esses grãos de minerais primários são cimentados por umamatriz de vidro amorfa semi-contínua. A análise microquímica EDX de duasáreas de matriz vítrea (14 e 15) mostra que as razões particulares dos cátionsK, Na e Ca nas duas áreas vítreas parecem ser similares às duas composiçõesde feldspato adjacentes (comparar 10 com 14 e 11 com 15). Esta similaridadeindica que composições de vidro podem variar com relação à composição decátions, e são afetadas pelos constituintes de cátions específicos dentro dosgrãos de minerais adjacentes que se fundem ou dissolvem para formar omaterial da matriz de vidro.A figura 2 revela que a matriz vítrea deste azulejo/ladrilhocerâmico semi-vítreo é semi-contínua, resultando em um grau moderado deporosidade retida 16. Esta porosidade é amplamente desconectada, mas nãocompletamente, resultando em menores propriedades de absorção de água. Osgrãos primários não são completamente ligados (17) na matriz vítrea, quecausa uma redução na durabilidade e dureza do material.These primary mineral grains are cemented by a semi-continuous amorphous glass matrix. The EDX microchemical analysis of two areas of glass matrix (14 and 15) shows that the particular ratios of cations K, Na and Ca in the two glass areas appear to be similar to the two adjacent feldspar compositions (compare 10 with 14 and 11 with 15). This similarity indicates that glass compositions may vary with respect to the composition of cations, and are affected by the specific cation constituents within the adjacent mineral grains that fuse or dissolve to form the glass matrix material. Figure 2 reveals that the glass matrix of this tile Semi-glassy ceramic tile is semi-continuous, resulting in a moderate degree of retained porosity 16. This porosity is largely disconnected, but not completely, resulting in lower water absorption properties. Primary grains are not completely bonded (17) in the glass matrix, which causes a reduction in material durability and hardness.
A figura 2 também não mostra minerais cristalitos secundáriosna matriz vítrea. Não está indicada evidência de que novas fases mineraiscristalinas se precipitaram da fase líquida durante o processo de resfriamento.Materiais de azuleio/ladrilho cerâmico vítreos comercialmente disponíveisFigure 2 also does not show secondary crystallite minerals in the vitreous matrix. No evidence is indicated that new crystalline mineral phases precipitated from the liquid phase during the cooling process. Commercially available vitreous ceramic tiles
A figura 3 é a imagem eletrônica retrodispersa (BSE) demicrossonda eletrônica de varredura do azulejo/ladrilho cerâmico vítreoGranitifiandre Kashmir White. Esta imagem BSE ilustra a microestruturamineralógica típica deste azulejo/ladrilho cerâmico vítreo composto de restosde grãos primários parcialmente dissolvidos. A análise microquímica de EDXde alguns desses grãos está correlacionada com a análise XRD para confirmarque a mineralogia deste azulejo/ladrilho cerâmico é dominada por quartzo(20), feldspato plagioclásio (21) e zircônio (22).Figure 3 is the retrodispersal electronic image (BSE) of the scanning electron probe of the vitreous ceramic tileGranitifiandre Kashmir White. This BSE image illustrates the typical microstructural structure of this vitreous ceramic tile composed of partially dissolved primary grain debris. The EDX microchemical analysis of some of these grains correlates with the XRD analysis to confirm that the mineralogy of this tile is dominated by quartz (20), plagioclase feldspar (21) and zirconium (22).
A figura 3 revela que os contornos de grão de quartzoapresentam evidência de significativa dissolução (20), ao passo que os grãosde feldspato são fundidos ou dissolvidos de severamente a completamente(21). Os grãos de zircônio secundários foram evidentemente uma mistura paraatingir a textura fundida no corpo do azulejo/ladrilho de porcelana (superfície22). A matriz vítrea parece ser contínua, deixando somente uns poucos vaziosou poros isolados e produzindo baixas propriedades de absorção de água (23).Figure 3 shows that quartz grain outlines show evidence of significant dissolution (20), whereas feldspar grains are fused or dissolved severely to completely (21). The secondary zirconium grains were evidently a mixture to achieve the fused texture on the porcelain tile (surface22) body. The vitreous matrix appears to be continuous, leaving only a few voids or isolated pores and producing low water absorption properties (23).
A figura 3 também não apresenta minerais cristalinossecundários aparentes na matriz vítrea e sugere que nenhum tal mineralsecundário formou-se da fase líquida. Entretanto, mulita - um mineralformado por transformação de estado sólido - foi identificada na análiseXRD. Em virtude de sua forma cristalina acicular típica e tamanho departícula muito pequeno, sua presença nesta cerâmica não foi positivamenteidentificada na análise BSE. O peso atômico total (densidade) da mulita podeser bastante similar ao da matriz de vidro, tornado-a indistinta do vidro.Figure 3 also shows no apparent crystalline minerals in the vitreous matrix and suggests that no such secondary minerals were formed from the liquid phase. However, mullite - a mineral formed by solid state transformation - was identified in the XRD analysis. Due to its typical acicular crystalline form and very small department size, its presence in this ceramic was not positively identified in the BSE analysis. The total atomic weight (density) of the mullite may be quite similar to that of the glass matrix, making it indistinct from glass.
Conforme discutido antes, ineficiências envolvendo métodosconvencionais de processar minerais residuais tais como rejeitos de mina e aslimitações estruturais e composicionais inerentes em produtos cerâmicosconvencionais - particularmente com relação a porosidade e absorção de águacorrespondente, menor dureza e baixo módulo de ruptura - demonstram queexiste uma dupla necessidade de: (1) uma estratégia efetiva e eficiente paradar fim a rejeitos minerais, tais como rejeitos de mina a baixo custo e altasegurança; e (2) um material de rocha sintética vítrea não argilosa de baixocusto e facilmente fabricado com características superiores e até entãocoletivamente indisponíveis, incluindo baixa porosidade; impermeabilidadesem vitrificação; alta plasticidade para esterilização subseqüente; e altaresistência e durabilidade. A invenção revelada aborda essas duplasnecessidades simultaneamente.As discussed above, inefficiencies involving conventional methods of processing residual minerals such as mine tailings and the structural and compositional limitations inherent in conventional ceramic products - particularly with regard to corresponding water porosity and absorption, lower hardness and low modulus of rupture - demonstrate that there is a double need for (1) an effective and efficient strategy to stop mineral tailings such as low cost mine tailings and high safety; and (2) a low cost and easily manufactured non-clay glassy synthetic rock material having superior and even collectively unavailable characteristics, including low porosity; impermeability in vitrification; high plasticity for subsequent sterilization; and altar resistance and durability. The disclosed invention addresses these double needs simultaneously.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION
Esforços com relação a rejeitos de mina e área degradada pormineração têm evocado enormes preocupações ambientais dentro e fora dosEstados Unidos. Rejeitos são produtos residuais que permanecem em áreas decontenção jogados fora para receber água depois que os metais foramextraídos de um local particular, e consistem primariamente de rocha residualcontendo uma variedade de minerais formadores da rocha, incluindo comogrupos constituintes principais sílica cristalina, feldspato e minerais de argila;com grupos constituintes secundários incluindo carbonatos, sulfatos, sulfetose micas. Problemas de poluição associados com rejeitos de mina relacionadosà integridade estrutural e estabilidade de áreas de contenção de rejeitos e osimpactos potenciais caso ocorra falha na contenção. No centro dessaspreocupações está a poluição potencial de rejeitos de mina na terra e na águasuperficial, e correspondentemente como tal poluição potencial afeta aspessoas que vivem nas proximidades imediatas de áreas de contenção derejeitos.Efforts towards mine tailings and mining degraded area have evoked enormous environmental concerns inside and outside the United States. Tailings are waste products that remain in wastewater-containing areas after the metals have been extracted from a particular location, and consist primarily of residual rock containing a variety of rock-forming minerals, including major constituent groups crystalline silica, feldspar and clay minerals. with secondary constituent groups including carbonates, sulfates, sulfide micas. Pollution problems associated with mine tailings related to structural integrity and stability of tailings containment areas and potential impacts should containment fail. At the heart of these concerns is the potential pollution of mine and surface water tailings, and correspondingly how such potential pollution affects people living in the immediate vicinity of waste containment areas.
A necessidade de estratégias efetivas de área degradada pormineração, e disposição segura de resíduos de minas potencialmenteperigosos, é da mesma forma amplamente reconhecida nas indústrias demineração e ambientais. Não existe dúvida de acordo com as leis de que adisposição de rejeitos de minas de uma maneira segura, oposto a tentarcontinuamente sua contenção, seja desejável, tanto de um ponto de vista desegurança ambiental quanto econômico. Similarmente, outros materiais deresíduos minerais aumentam similarmente as preocupações de contaminaçãoambiental, e a necessidade de sua disposição segura e efetiva é tambémbastante reconhecida.The need for effective demining degraded area strategies and safe disposal of potentially hazardous mine waste is equally widely recognized in the demining and environmental industries. There is no doubt according to the laws that the safe disposal of mine tailings, as opposed to continually attempting to contain them, is desirable from both an environmental and economic safety point of view. Similarly, other mineral waste materials similarly raise concerns for environmental contamination, and the need for their safe and effective disposal is also widely recognized.
Já na Mesopotâmia antiga, pesquisadores localizaram o queeles acreditam ser placas de rochas basálticas formadas de detritos sílico-argilosos. Acredita-se que os habitantes usaram a rocha basáltica como umcomponente principal na região com uma variedade de propósitos, incluindocerâmica, arquitetura, materiais de escrita, objetos de técnica e ferramentas.Already in ancient Mesopotamia, researchers located what they believe to be basaltic rock plates formed of silica-clay debris. Inhabitants are believed to have used basaltic rock as a major component in the region for a variety of purposes, including ceramics, architecture, writing materials, technical objects, and tools.
Em estudos simulados para recriar a rocha basáltica a partir de detritos sílico-argilosos, pesquisadores puderam aproximar a composição e textura da rochabasáltica usando detritos sílico-argilosos de aluvião local como material departida, e aquecendo o material em uma faixa de temperatura definida por umperíodo de tempo prolongado. A rocha basáltica resultante foi caracterizadapor cristais de clinopiroxeno combinado embutido em uma matriz vítrea, comrestos de matéria-prima de partida tanto aparecendo raramente comocompletamente ausente da rocha basáltica final. A rocha basáltica foi maisprovavelmente de resistência limitada, já que ela não teve uma microestruturaagregada. Por causa da presença observada de muitos poros grandes, algunsde até 3 mm, o basalto teve alta absorção de água, provavelmente bem alémde 7 %.In simulated studies to recreate basaltic rock from silica-clay debris, researchers were able to approximate the composition and texture of basaltic rock by using local alluvial silica-clay debris as a departmental material, and by heating the material within a temperature range defined by a period of prolonged time. The resulting basaltic rock was characterized by combined clinopyroxene crystals embedded in a vitreous matrix, with both starting material remains rarely appearing completely absent from the final basaltic rock. Basaltic rock was more likely to be of limited strength as it did not have an aggregate microstructure. Because of the observed presence of many large pores, some up to 3 mm, basalt had high water absorption, probably well over 7%.
Em exemplos mais recentes de materiais residuais, cinzavolante e cinza tipo detrito da queima de carvão para energia elétrica sãoresíduos bastante incombustíveis formados de minerais inorgânicos nocarvão. Aproximadamente centenas de milhões de toneladas são produzidas acada ano somente nos Estados Unidos. Cinza volante e cinza tipo detrito sãotambém produzidas em incineradores de lixo e usinas de energia de biomassa.Materiais de resíduos minerais de escória resultam de operações deprocessamento de metal. Operações de escavação e dragagem geralmenteproduzem materiais residuais de silicatos, tais como finos ou lamas, que têmque ser jogados fora de uma maneira segura.In more recent examples of waste materials, ash and ash from coal-burning debris for electricity are very non-combustible waste formed from inorganic minerals carbon. Approximately hundreds of millions of tons are produced each year in the United States alone. Fly ash and debris ash are also produced in waste incinerators and biomass power plants. Slag mineral waste materials result from metal-processing operations. Digging and dredging operations often produce silicate waste materials such as fines or sludge that must be disposed of safely.
Materiais minerais relativamente puros (argila caolinita,feldspato, quartzo, talco, etc.) têm sido convencionalmente usados parafabricar uma variedade de materiais cerâmicos com variadas composições egraus de qualidade. Conforme previamente descrito, azulejo/ladrilho Dal-Tilenão vítreo, Balmor Tile semi-vítreo e Granitifiandre Kashmir White vítreorepresentam alguns deles. Entretanto, esses e um vasto arranjo de outrosprodutos cerâmicos convencionais (azulejo/ladrilho cerâmico, louças dejantar, etc.) são tipicamente fabricados por métodos que baseiam-se naplasticidade e ligação (no estado não queimado) da argila - geralmentecaolinita - e em geral usam matérias-primas relativamente puras. Conformepreviamente declarado, cerâmicas convencionais também demonstraminúmeras características indesejáveis, incluindo porosidade e absorção deágua de moderada a alta, baixa dureza e resistência, e a ausência de formaçãode cristalitos secundários mediante resfriamento, que contribui paradurabilidade do produto. Também, na fabricação de cerâmicas convencionais,uma preocupação considerável é posta na qualidade e pureza dos ingredientesda matéria-prima. Adicionalmente, contaminantes nas matérias-primas podemcausar considerável dano na qualidade do produto convencional em termos deintegridade estrutural e defeitos nas propriedades cosméticas.Surpreendentemente, o processo e a composição do requerente são tolerantesa concentrações mais altas de muitos materiais que são consideradoscontaminação na fabricação de cerâmicas convencionais. Tais materiaisincluem ferro, magnésio, manganês, enxofre e seus compostos.Relatively pure mineral materials (kaolinite clay, feldspar, quartz, talc, etc.) have conventionally been used to fabricate a variety of ceramic materials with varying quality eg compositions. As previously described, Dal-Tilen glassy tile, Balmor Tile semi-glassy and Granitifiandre Kashmir White glass represent some of them. However, these and a vast array of other conventional ceramic products (ceramic tile, dinnerware, etc.) are typically manufactured by methods that are based on the plasticity and bonding (in the unburnt state) of clay - generally kolinite - and generally use relatively pure raw materials. As previously stated, conventional ceramics also demonstrate numerous undesirable characteristics, including moderate to high porosity and water absorption, low hardness and strength, and the absence of secondary crystallite formation upon cooling, which contributes to product durability. Also, in the manufacture of conventional ceramics, considerable concern is placed on the quality and purity of the raw material ingredients. Additionally, contaminants in the raw materials can cause considerable damage to conventional product quality in terms of structural integrity and defects in cosmetic properties. Surprisingly, the process and composition of the applicant is tolerant to higher concentrations of many materials that are considered contamination in conventional ceramic fabrication. . Such materials include iron, magnesium, manganese, sulfur and their compounds.
Existe a necessidade na indústria de limpeza ambiental dedesenvolver uma estratégia efetiva e eficiente para recuperação de minas,disposição de rejeitos de mina depois que a extração de mineral na mina tiverterminado, disposição da rocha de lavra de mina, disposição de cinza volantee cinza tipo detrito de usinas de energia ou incineradores, disposição deescória e disposição de finos ou detritos sílico-argilosos. Existe umanecessidade igualmente significativa na indústria de rocha sintética deproduzir um azulejo/ladrilho vítreo de baixa absorção facilmente fabricado ede baixa porosidade de uma maneira barata e relativamente rápida.There is a need in the environmental clean-up industry to develop an effective and efficient strategy for mine recovery, mine tailings disposal after the mining of mineral in the mine has finished, mine rock disposal, ash disposal, and ash disposal. power plants or incinerators, slag disposal and disposal of silica-clay fines or debris. There is an equally significant need in the synthetic rock industry to produce an easily absorbed, low-porosity low-absorption glass tile in a relatively inexpensive and relatively quick manner.
SUMÁRIO DA INVENÇÃOSUMMARY OF THE INVENTION
A invenção do requerente fornece uma composição cristalina ede vidro derivada do processamento de rejeitos brutos de mina e materiaisresiduais similares, que pode ser usada para criar artigos valiosos defabricação e produtos para uma ampla variedade de usos, particularmente,mas sem limitação, na indústria de construção comercial e residencial, porexemplo, como piso, parede, telhas, tijolos, blocos, revestimento exterior,painéis, ladrilhos, bancadas, agregados para base de rodovia e outrosmateriais de construção. A composição exclusiva compreende uma faseclasto, uma fase vidro e uma fase cristalina. A dita fase clasto compreendeadicionalmente grãos minerais, grãos de mineralóides, esférulas de vidro, oufragmentos de rocha, e qualquer um dos quais pode ter sido parcialmentefundido, ou parcialmente dissolvido, ou parcialmente transformado por reaçãoquímica. A dita fase vidro fornece uma matriz que é cimentada junto com osclastos. A fase cristalina é completamente encoberta pela fase vidro queformou-se pelo crescimento a partir da fase líquida. A composição exclusivade clastos fundida por uma única fase vidro, que compreende adicionalmenteuma fase cristalina recém-formada, é caracterizada por uma estrutura debrecha agregada microscópica (rocha sintética/matriz de vidro) comcaracterísticas físicas estruturais superiores, incluindo baixa porosidade, baixaabsorção, maior resistência e durabilidade, retenção de plasticidade parafacilitar a subseqüente esterilização para processamento inicial, e atributosquímicos facilmente discerníveis, em comparação com materiais de rochasintética convencionais, demonstrado pela análise de microssonda eletrônicade varredura.Applicant's invention provides a crystalline and glass composition derived from the processing of raw mine tailings and similar waste materials that can be used to create valuable fabrication articles and products for a wide variety of uses, particularly, but not limited to, the construction industry. commercial and residential, for example, such as floor, wall, tiles, bricks, blocks, exterior cladding, panels, tiles, countertops, road base aggregates and other construction materials. The exclusive composition comprises a phase, a glass phase and a crystalline phase. Said clast phase is additionally comprised of mineral grains, mineraloid grains, glass beads, or rock fragments, and any of which may have been partially fused, or partially dissolved, or partially transformed by chemical reaction. Said glass phase provides a matrix that is cemented together with the clasts. The crystalline phase is completely obscured by the glass phase which has been formed by growth from the liquid phase. The unique single-phase glass-fused clast composition, which further comprises a newly formed crystalline phase, is characterized by a microscopic aggregate (synthetic rock / glass matrix) structure with superior structural physical characteristics including low porosity, low absorption, increased strength and durability, plasticity retention to facilitate subsequent sterilization for initial processing, and easily discernible chemical attributes, compared to conventional synthetic rock materials, demonstrated by scanning electron probe analysis.
A fase vidro (matriz de vidro) é criada em-decorrência dafusão parcial de uma suíte de constituintes minerais brutos originais, que podeincluir feldspato, quartzo e materiais minerais encontrados em uma amplavariedade de tipos de rochas, e que podem adicionalmente estar presentescomo grãos minerais individuais (monominerálicos) ou como fragmentos derocha (poliminerálicos). Depois de um período de fusão ideal, a matriz devidro resultante é resfriada por um período de resfriamento ideal e, durante operíodo de resfriamento, minerais de silicato e não silicato exclusivos comvariadas proporções de ferro, magnésio, cálcio e enxofre se cristalizam dafase líquida para formar pequenos cristalitos distribuídos por toda a matriz devidro. De forma importante, os cristalitos secundários recém-formadosincluem compostos de silicato, tectossilicato e sulfatos que não estãopresentes na matéria-prima de partida, e não são encontrados em cerâmicascomercialmente disponíveis da mesma maneira. Ocasionalmente, algunsdesses minerais podem ser encontrados em cerâmicas comercialmentedisponíveis; entretanto, esses minerais não são cristalitos secundáriosformados de uma fase fundida, mas, em vez disso, são restos do da matéria-prima de partida. Os minerais específicos formados nos materiais cerâmicosdo requerente são afetados pela composição química exclusiva dos materiaisda carga de alimentação de mineral residual, tais como rejeitos, cinza, etc.The glass phase (glass matrix) is created as a result of the partial fusion of a suite of original raw mineral constituents, which may include feldspar, quartz and mineral materials found in a wide range of rock types, and which may additionally be present as individual mineral grains. (monomineralic) or as derocha fragments (polyimineralic). After an ideal melting period, the resulting glass matrix is cooled for an optimal cooling period and during cooling period exclusive silicate and non-silicate minerals varying proportions of iron, magnesium, calcium and sulfur crystallize from the liquid phase to form small crystallites distributed throughout the matrix. Importantly, newly formed secondary crystallites include silicate, tectosilicate and sulfate compounds that are not present in the starting material, and are not found in commercially available ceramics in the same way. Occasionally, some of these minerals may be found in commercially available ceramics; however, these minerals are not secondary crystallites formed from a molten phase, but instead are remnants of the starting raw material. The specific minerals formed in the applicant's ceramic materials are affected by the unique chemical composition of the waste mineral feedstock materials such as tailings, ash, etc.
Inossilicatos são minerais de silicato de cadeia simples ecadeia dupla. O grupo piroxeno de inossilicatos compreende silicatos decadeira ferromagnesiana não hidratado de cadeia simples. O grupo anfibolode inossilicatos compreende silicatos de cadeia ferromagnesiana hidratada decadeia dupla. Wollastonita é um mineral de silicato de cálcio no grupoinossilicato.Inosilicates are single chain and double chain silicate minerals. The pyroxene group of inosilicates comprises single chain non-hydrated ferromagnesian decanter silicates. The amphibole group of inosilicates comprises double decade hydrated ferromagnesian chain silicates. Wollastonite is a calcium silicate mineral in the group silicate.
Tectossilicatos são minerais de silicato de estrutura, incluindominerais tais como quartzo e o grupo feldspato. Feldspato plagioclásio é umasérie de solução sólida de minerais de feldspato com variadas quantidades desódio e cálcio.Tectosilicates are silicate minerals of structure, including minerals such as quartz and the feldspar group. Plagioclase feldspar is a solid solution series of feldspar minerals with varying amounts of sodium and calcium.
Minerais de sulfato são um grupo de minerais contendoenxofre. Gesso e anidrida são sulfatos de cálcio, com anidreto formando aforma desidratada e gesso a forma hidratada.Sulfate minerals are a group of sulfur-containing minerals. Gypsum and anhydride are calcium sulfates, with anhydride forming the dehydrated form and plaster the hydrated form.
Piroxenos, particularmente enstatita e hipersteno (a versãocontendo ferro de enstatita), bem como augita, diopsida, bronzita e pigeonita,não estão convencionalmente presentes em matérias-primas de partida, e nãoforam detectados em cerâmicas semi-vítreas ou porcelana. Em vez disso,piroxenos foram detectados, por meio de análise de difração de raios-X(XRD) e análise de microssonda eletrônica de varredura (microssonda)usando um espectrômetro de raios-X de energia dispersa (EDS), somente emcerâmicas de alta porosidade, tal como a cerâmica não vítrea Dal-Tilesupradiscutida. Entretanto, análise de microssonda revela que esses piroxenosna cerâmica não vítrea têm uma morfologia que indica aos versados natécnica que eles são o resultado de reações químicas de estado sólido, em vezde cristalização a partir de uma fase fundida. Ao contrário, anfíbolos,particularmente na forma de hornblenda, foram detectados em materiaisbrutos de rochas de minas, mas não no material processado, em virtude deesses compostos não sobreviverem ao processamento a alta temperatura emdecorrência de desidratação e degradação da ligação durante o processo deaquecimento.Pyroxenes, particularly enstatite and hyperstene (the iron-containing version of enstatite), as well as augite, diopside, bronzite and pigeonite, are not conventionally present in starting materials and have not been detected in semi-vitreous or porcelain ceramics. Instead, pyroxenes were detected by X-ray diffraction analysis (XRD) and scanning electron probe (microsphere) analysis using a high porosity scattered energy X-ray spectrometer (EDS) only. , such as the non-vitreous ceramic Dal-Tilesupradiscussed. However, probe analysis reveals that these non-glass ceramic pyroxenes have a morphology that indicates to those skilled in the art that they are the result of solid state chemical reactions rather than crystallization from a fused phase. In contrast, amphiboles, particularly in the form of hornblende, were detected in raw rock material from mines but not in processed material because these compounds did not survive high temperature processing due to dehydration and bond degradation during the heating process.
Wollastonita e plagioclásio são ingredientes comuns dealgumas cerâmicas convencionais não vítreas para se conseguir tipos epropriedades específicos de cerâmica. Entretanto, wollastonita e plagioclásionão foram detectados usando análise de microssonda e técnicas de EDS comouma fase recém-cristalizada em cerâmicas convencionais, em vez disso, elesaparecem como grãos minerais primários sinterizados.Wollastonite and plagioclase are common ingredients of some conventional non-glass ceramics to achieve specific types and properties of ceramics. However, wollastonite and plagioclionion have not been detected using microwave probe analysis and EDS techniques as a newly crystallized phase in conventional ceramics, instead they appear as sintered primary mineral grains.
Anidrita e/ou gesso não encontram-se convencionalmentepresentes em matérias-primas de partida e não foram detectadas em cerâmicasnão vítreas, semi-vítreas ou vítreas convencionais.Anhydrite and / or plaster are not conventionally present in starting materials and were not detected in conventional non-glassy, semi-glassy or glassy ceramics.
As composições e artigos do requerente compreendem tantofragmentos de rejeitos originais bem como fases minerais recém-formadas,que torna-as composicionalmente distintas não somente do material de partidabruto de rejeitos de mina, mas, de forma mais importante, de composições derocha sintética convencionais e artigos de fabricação correspondentes. Umadistinção composicional chave entre o material bruto de partida, composiçõese artigos do requerente, e composições de rocha sintética convencionais é apresença ou ausência de minerais de inossilicato, especificamente piroxenos,wollastonita, tectossilicatos, especificamente feldspato plagioclásio, esulfatos, especificamente anidrita. Conforme apresentado com mais detalhes aseguir, as composições e artigos do requerente contêm inossilicatos piroxeno,plagioclásio recém-formado, wollastonita e anidrita, que até então não foramdetectadas em materiais de rocha sintética vítrea de baixa porosidade.Minerais de piroxeno específicos que podem formar nesta rocha sintéticapodem incluir, mas sem limitações, um ou mais dos seguintes: augita,diopsida, hipersteno, pigeonita, bronzita e enstatita.Applicants' compositions and articles comprise both original tailings as well as newly formed mineral phases, which make them compositionally distinct not only from the mine tailings product but more importantly from conventional synthetic shell compositions and articles. corresponding manufacturing A key compositional distinction between the starting raw material, compositions and articles of the applicant, and conventional synthetic rock compositions is the presence or absence of inosilicate minerals, specifically pyroxenes, wollastonite, tectosilicates, specifically plagioclase feldspar, esulfates, specifically anhydrite. As set forth in more detail below, the applicant's compositions and articles contain pyroxene, newly formed plagioclase inosilicates, wollastonite and anhydrite, which have hitherto not been detected in low porous glassy synthetic rock materials. Specific pyroxene materials that can form in this rock Synthetic may include, but are not limited to, one or more of the following: augite, diopside, hyperstene, pigeonite, bronzite, and enstatite.
Além do mais, a invenção do requerente emprega umaestratégia de aquecimento e resfriamento exclusiva, que eliminacompletamente a necessidade da adição de catalisadores de recristalização.Moreover, the applicant's invention employs a unique heating and cooling strategy that completely eliminates the need for the addition of recrystallization catalysts.
Ou seja, o aquecimento matéria-prima a uma temperatura na qual parte doscomponentes, senão todos eles, da matéria-prima começa fundir pelo menosparcialmente. Nessas temperaturas, uma fase líquida é criada que pode escoarpara revestir partículas agregadas individuais, ligá-las umas nas outras, epreencher os espaços vazios. A fase líquida pode também começar dissolvermaterial sólido adicional. Mediante referência a taxas razoavelmente fora dolimite de têmpera, esta fase líquida pode cristalizar parcialmente sem anecessidade de adição de aditivos de nucleação, em virtude de, por causa dafusão parcial, já existirem superfícies sólidas presentes para iniciar acristalização. Pressão mecânica para comprimir o material na temperaturapode ajudar distribuir a fase líquida entre as várias superfícies sólidas eaumentar a ligação. Vácuo para remover gás dos espaços vazios pode ajudareliminar a resistência ao enchimento dos vazios com a fase líquida.That is, heating the raw material to a temperature at which part, if not all, of the raw material components begins to melt at least partially. At these temperatures, a liquid phase is created that can flow to coat individual aggregate particles, bond them together, and fill in the voids. The liquid phase may also start to dissolve additional solid material. By reference to rates reasonably outside quenching dolimite, this liquid phase may partially crystallize without the need for the addition of nucleating additives because, due to partial melting, solid surfaces are already present to initiate crystallization. Mechanical pressure to compress material at temperature can help distribute the liquid phase between various solid surfaces and increase bonding. Vacuum to remove gas from voids can help to eliminate the resistance to void filling with the liquid phase.
Tipicamente, os primeiros componentes da matéria-prima a serliqüefeitas são partículas de vidro ou feldspatos, muitos dos quais seliqüefazem a temperaturas de aproximadamente 1.050 a 1.300 graus C.Typically, the first components of the raw material to be liquefied are glass particles or feldspars, many of which select at temperatures of approximately 1,050 to 1,300 degrees C.
Preferivelmente, a matéria-prima compreende vidro ou feldspato que torna-selíquido a temperaturas na faixa de 1.100 a 1.200 graus C. O resfriamento apartir dessas temperaturas ocorre a uma temperatura baixa o bastante parapermitir que ocorra a recristalização, preferivelmente, cerca de 1 a 50 graus Cpor minuto, mais preferivelmente cerca de 5 a 20 graus C por minuto, e acimade tudo preferivelmente cerca de 10 graus C por minuto, quando oresfriamento começa da temperatura de pico para os primeiros cem graus deresfriamento. O resfriamento a uma velocidade máxima de 10 graus C porminuto é também especialmente preferido à medida que o material passa pelafaixa de temperatura de 600 a 500 graus C, para evitar fratura por causa demudança de volume associada da transição de fase beta para alfa de qualquerquartzo que possa estar presente no material.Preferably, the raw material comprises glass or feldspar which becomes seliquid at temperatures in the range of 1,100 to 1,200 degrees C. Cooling from these temperatures occurs at a temperature low enough to allow recrystallization to occur, preferably about 1 to 50 ° C. degrees C per minute, more preferably about 5 to 20 degrees C per minute, and most preferably about 10 degrees C per minute, when cooling begins from the peak temperature to the first hundred degrees of cooling. Cooling at a maximum speed of 10 degrees C per minute is also especially preferred as the material passes the temperature range of 600 to 500 degrees C to avoid fracture because of the associated volume change from beta to alpha phase transition of any quartz may be present in the material.
Nas modalidades e exemplos da presente invenção seguinte,uma quantidade de rejeitos de mina, por exemplo, Historie Idaho-MarylandMine Tailings ("HDVÍT") contendo tanto fragmentos de rocha e grãos deminerais individuais, são aquecidos em uma câmara de formação até umatemperatura ideal, preferivelmente na faixa de 1.100 a 1.200 graus C, e dessaforma parcialmente fundidos em um período de tempo ideal, preferivelmentecerca de 0,5 a 6 horas. Durante o processo de fusão parcial, a matéria-primaHIMT é simultaneamente exposta a modificação de pressão, quepreferivelmente é a aplicação de força mecânica no material na faixa de 1 a200 psi (0,01 a 1,38 MPa), e que pode adicionalmente também ser a aplicaçãode vácuo para reduzir a pressão absoluta para a faixa de cerca de 1 a 600 mbara fim de remover fase gasosa intersticial.In the embodiments and examples of the following present invention, an amount of mine tailings, e.g. Historie Idaho-MarylandMine Tailings ("HDVIT") containing both individual rock fragments and demineral grains, are heated in a forming chamber to an optimal temperature, preferably in the range of 1,100 to 1,200 degrees C, and thereby partially fused over an ideal time period, preferably within 0.5 to 6 hours. During the partial melting process, the HIMT feedstock is simultaneously exposed to pressure modification, which is preferably the application of mechanical force to the material in the range of 1 to 200 psi (0.01 to 1.38 MPa), and which may additionally also be the application of vacuum to reduce the absolute pressure to the range of about 1 to 600 MB in order to remove interstitial gas phase.
O aquecimento da matéria-prima HIMT com modificação depressão resulta em uma matriz parcialmente fundida, que é então resfriadanaturalmente em um período de tempo ideal. Durante o período deresfriamento, cristalitos de mineral recém-formados com variadas proporçõesde silício, alumínio, ferro, magnésio, cálcio e enxofre cristalizam a partir damatéria-prima inicial fundida para formar pequenos cristalitos distribuídos portoda a matriz de vidro. Conforme previamente declarado, a invenção nãoemprega catalisadores de cristalização ou agentes de nucleação adicionadospara facilitar o processo de cristalização.Heating the depression-modified HIMT raw material results in a partially fused matrix which is then naturally cooled over an ideal time period. During the cooling period, freshly formed mineral crystallites with varying proportions of silicon, aluminum, iron, magnesium, calcium and sulfur crystallize from the molten starting material to form small crystallites distributed throughout the glass matrix. As previously stated, the invention does not employ crystallization catalysts or nucleating agents added to facilitate the crystallization process.
Os minerais cristalizados recém-formados que ocorrem namatriz de vidro compreendem uma combinação de minerais do grupopiroxeno, grupo feldspato plagioclásio e grupo sulfato. As característicasmorfológicas dos minerais recém-cristalizados indicam seu crescimentosecundário a partir da parte fundida de matéria-prima inicial, oposto a formaruma reação de vidro de estado sólido. Mais notavelmente, esses indicadoresde crescimento secundário incluem tamanho no geral uniforme, morfologiacristalina e composição uniforme do mineral recém-formado em toda a matrizde vidro.The newly formed crystallized minerals occurring in the glass matrix comprise a combination of grupopyroxene minerals, plagioclase feldspar group and sulfate group. The morphological characteristics of the newly crystallized minerals indicate their secondary growth from the molten part of the initial raw material, as opposed to forming a solid state glass reaction. Most notably, these secondary growth indicators include overall uniform size, crystalline morphology, and uniform composition of the newly formed mineral throughout the glass matrix.
Em uma modalidade, a invenção fornece uma composiçãopolicristalina impermeável não porosa vítrea compreendendo uma quantidadede clastos, uma quantidade de matriz de vidro, e uma quantidade de pelomenos uma fase cristalina secundária. Os ditos clastos compreendem grãos deminerais simples, tais como quartzo, ou fragmentos de rocha, ou fragmentosde vidro não fundido, ou grãos de mineralóides. A dita matriz de vidro édistribuída entre os clastos, ligando a eles e enchendo praticamente todo oespaço intersticial. A dita pelo menos uma fase cristalina secundária é contidana matriz de vidro, e compreende cristais formados de uma massa fundidacom uma composição mineral selecionada do grupo que consiste em mineraisferromagnesianos, piroxenos (por exemplo, clinopiroxeno, ortopiroxeno,augita, diopsida, hipersteno, pigeonita, bronzita, enstatita), ilmanita, rutilo,wollastonita, cordierita e anidrita.In one embodiment, the invention provides a glassy non-porous impermeable polycrystalline composition comprising an amount of clasts, an amount of glass matrix, and an amount of at least one secondary crystalline phase. Said clasts comprise simple demineral grains, such as quartz, or rock fragments, or unfused glass fragments, or mineraloid grains. Said glass matrix is distributed between the clasts, binding to them and filling practically all interstitial space. Said at least one secondary crystalline phase is contained in the glass matrix, and comprises crystals formed from a molten mass with a mineral composition selected from the group consisting of ferromagnesian minerals, pyroxenes (e.g., clinopyroxene, orthopyroxene, augite, diopside, hyperstene, pigeonite, bronzite, enstatite), ilmanite, rutile, wollastonite, cordierite and anhydrite.
Em uma modalidade, a invenção fornece um método paraprocessar rejeitos de mina, resultando em uma composição policristalinaimpermeável não porosa vítrea. O dito método compreende secar ao ar umamostra de rejeitos de mina até menos que 3 % de umidade; classificar osrejeitos de mina para remover material maior que 516 mícrons; e calcinar osrejeitos de mina no ar a aproximadamente 900 graus C. Os rejeitos de minasão então mecanicamente compactados em um tubo com uma pressãoaproximada de 350 psi (2,41 MPa) a uma temperatura aproximada de 1.130graus C por aproximadamente 60 horas, e subseqüentemente resfriada a umavelocidade de aproximadamente 1 a 3 graus C por minuto, formando a ditacomposição, compreendendo uma fase clasto, uma fase vidro, e pelo menosuma fase cristalina. A dita fase clasto compreende grãos de minerais simples,tal como quartzo, ou fragmentos de rocha. A dita fase clasto é distribuídaentre a dita fase clasto, ligando a partículas clasto e enchendo praticamentetodo o espaço intersticial em volta. A dita pelo menos uma fase cristalina écontida na dita fase vidro, e compreende cristais formados de uma massafundida com uma composição mineral consistente com minerais selecionadosdo grupo què consiste em bronzita, augita e pigeonita.In one embodiment, the invention provides a method for processing mine tailings, resulting in a non-porous glassy impermeable polycrystalline composition. Said method comprises air drying a sample of mine tailings to less than 3% moisture; sort mine tailings to remove material larger than 516 microns; and calcine the mine tailings in the air at approximately 900 degrees C. The mine tailings are then mechanically compacted into a tube with an approximate pressure of 350 psi (2.41 MPa) at an approximate temperature of 1,130 degrees C for approximately 60 hours, and subsequently cooled at a rate of approximately 1 to 3 degrees C per minute, forming said decomposition comprising a clast phase, a glass phase, and at least one crystalline phase. Said clast phase comprises grains of simple minerals, such as quartz, or rock fragments. Said clast phase is distributed between said clast phase, binding to clast particles and practically filling the surrounding interstitial space. Said at least one crystalline phase is contained in said glass phase, and comprises crystals formed from a molten mass with a mineral composition consistent with minerals selected from the group consisting of bronzite, augite and pigeonite.
Em uma outra modalidade, a invenção fornece um métodopara processar rejeitos de mina, resultando em uma composição policristalinaimpermeável não porosa vítrea. O dito método compreende secar ao ar umaamostra de rejeitos de mina até menos que 3 % de umidade; classificar osrejeitos de mina para remover material maior que 516 mícrons; e calcinar osrejeitos de mina ao ar a aproximadamente 900 graus C. Os rejeitos de minasão então mecanicamente compactados em um tubo com uma pressãoaproximada de 300 psi (2,07 MPa) a uma temperatura aproximada de 1.140graus C por aproximadamente 6 horas, e subseqüentemente resfriados a umavelocidade de aproximadamente 10 a 20 graus C por minuto, formando a ditacomposição, compreendendo uma fase clasto, uma fase vidro e pelo menosuma fase cristalina. A dita fase clasto compreende grãos de minerais simples,tal como quartzo, ou fragmentos de rocha. A dita fase vidro é distribuída entrea dita fase clasto, ligando nas partículas de clasto e enchendoaproximadamente todo o espaço intersticial em volta. A dita pelo menos umafase cristalina é contida na dita fase vidro e compreende cristais formados deuma massa fundida com uma composição mineral consistente com mineraisselecionados do grupo que consiste em bronzita, augita, pigeonita, anidrita eilmanita.In another embodiment, the invention provides a method for processing mine tailings, resulting in a non-porous glassy impermeable polycrystalline composition. Said method comprises air drying a sample of mine tailings to less than 3% moisture; sort mine tailings to remove material larger than 516 microns; and calcine the mine tailings at approximately 900 degrees C. The mine tailings are then mechanically compacted into a tube with an approximate pressure of 300 psi (2.07 MPa) at an approximate temperature of 1,140 degrees C for approximately 6 hours, and subsequently cooled at a rate of approximately 10 to 20 degrees C / min, forming said decomposition comprising a clast phase, a glass phase and at least one crystalline phase. Said clast phase comprises grains of simple minerals, such as quartz, or rock fragments. Said glass phase is distributed between said clast phase, binding on the clast particles and filling approximately all the interstitial space around. Said at least one crystalline phase is contained in said glass phase and comprises crystals formed from a molten mass with a mineral composition consistent with selected minerals from the group consisting of bronzite, augite, pigeonite, anilite and eilmanite.
Em uma outra modalidade, a invenção fornece um métodopara processar rocha metavulcânica de lavra de mina resultando em umacomposição policristalina impermeável não porosa vítrea. O dito métodocompreende secar ao ar uma amostra da rocha de desenvolvimento até menosque 3 % de umidade; classificar a rocha de desenvolvimento em uma peneirade 516 mícrons. Pó de rocha de desenvolvimento é então processada noaparelho descrito na patente U.S. 6.547.550 (Guenther) a uma temperatura deaproximadamente 1.160 graus C, com pressão mecânica oscilando entreaproximadamente 30 psi e 160 psi (0,21 e 1,1 MPa) por um período de tempo,em uma atmosfera de vácuo parcial por aproximadamente 60 minutos, esubseqüentemente resinada a uma velocidade aproximada de 5 a 15 graus Cpor minuto, formando a dita composição, compreendendo uma fase clasto,uma fase vidro e pelo menos uma fase cristalina. A dita fase clastocompreende clastos poliminerálicos e monominerálicos. A dita fase clasto édistribuída entre a dita fase clasto, ligando nas partículas clasto e enchendopraticamente todo o espaço intersticial em volta. A dita pelo menos uma fasecristalina é contida na dita fase vidro e compreende cristais formados de umamassa fundida com uma composição mineral consistente com mineraisselecionados do grupo que consiste em augita, pigeonita, magnemita eilmanita.In another embodiment, the invention provides a method for processing mine mining metavolcanic rock resulting in a non-porous glassy impermeable polycrystalline composition. Said method comprises air drying a sample of the developing rock to less than 3% moisture; Sort the development rock into a 516 micron sieve. Development rock powder is then processed in the apparatus described in US Patent 6,547,550 (Guenther) at a temperature of approximately 1,160 degrees C, with mechanical pressure oscillating between approximately 30 psi and 160 psi (0.21 and 1.1 MPa) for a period of time. of time, in a partial vacuum atmosphere for approximately 60 minutes, subsequently resins at a rate of about 5 to 15 degrees C per minute, forming said composition comprising a clast phase, a glass phase and at least one crystalline phase. Said clastocyst phase comprises polyimineralic and monomineralic clasts. Said clast phase is distributed between said clast phase, linking the clast particles and filling practically all the interstitial space around it. Said at least one fasecrystalline is contained in said glass phase and comprises crystals formed from a molten mass with a mineral composition consistent with selected minerals from the group consisting of augite, pigeonite, magnemite and manilite.
Em uma outra modalidade, a invenção fornece um métodopara processar cinza volante de carvão, resultando em uma composiçãopolicristalina impermeável não porosa vítrea. O dito método compreendesecar ao ar uma amostra da cinza volante de carvão até menos que 3 % deumidade; classificar a cinza volante de carvão com uma peneira de 516mícrons; e em seguida calcinar a cinza volante de carvão. A cinza volante decarvão é então mecanicamente compactada a uma pressão aproximada de 300psi (2,07 MPa) em um tubo a uma temperatura aproximada de 1.115 graus Cpor aproximadamente 10 horas, e subseqüentemente resfriada a umavelocidade aproximada de 10 a 20 graus C por minuto, formando a ditacomposição, compreendendo uma fase clasto, uma fase vidro e pelo menosuma fase cristalina. A dita fase clasto compreende clastos remanescente dosconstituintes da carga de alimentação inicial. A dita fase vidro é distribuídaentre a dita fase clasto, ligando a partículas clasto e enchendoaproximadamente todo o espaço intersticial em volta. A dita pelo menos umafase cristalina é contida na dita fase clasto e compreende cristais formados deuma massa fundida com uma composição mineral consistente com mineraisselecionados do grupo que consiste em wollastonita, feldspato plagioclásio,anidrita e sulfato de cálcio.In another embodiment, the invention provides a method for processing charcoal fly ash, resulting in a non-porous glassy impermeable polycrystalline composition. Said method comprises air drying a coal fly ash sample to less than 3% moisture; classify charcoal fly ash with a 516 micron sieve; and then burn the charcoal fly ash. The charcoal fly ash is then mechanically compacted at a pressure of approximately 300psi (2.07 MPa) in a pipe at a temperature of approximately 1,115 degrees C for approximately 10 hours, and subsequently cooled to an approximate speed of 10 to 20 degrees C per minute, forming said composition comprising a clast phase, a glass phase and at least one crystalline phase. Said clast phase comprises remaining clasts of the constituents of the initial feedstock. Said glass phase is distributed between said clast phase, binding to clast particles and filling approximately all the interstitial space around. Said at least one crystalline phase is contained in said clast phase and comprises crystals formed from a molten mass with a mineral composition consistent with selected minerals from the group consisting of wollastonite, plagioclase feldspar, anhydrite and calcium sulfate.
Em uma outra modalidade, a invenção fornece um método deprocessar materiais residuais selecionados do grupo que consiste em rejeitosde mina, rocha residual, resíduos de finos de pedreira, limos, cinza volante,cinza tipo detrito, cinza de carvão, cinza de incinerador, cinza de madeira, eescória, resultando em uma composição policristalina impermeável nãoporosa vítrea. O dito método compreende submeter os materiais residuais aum aparelho de classificação; transferir os materiais residuais do dito aparelhode classificação para uma câmara rotativa aquecida para transformaçãoquímica; transferir os materiais residuais da dita câmara rotativa aquecidapara uma segunda câmara aquecida opcionalmente fixa com um vácuo;transferir os materiais residuais da dita segunda câmara aquecida para umaterceira câmara aquecida posicionada dentro de um elemento de aquecimento;aplicar pressão nos materiais residuais na dita terceira câmara aquecida,formando uma rocha híbrida; extrusar a dita rocha híbrida em um dispositivode matriz e remover a dita rocha híbrida da dita terceira câmara aquecida parasubseqüente uso ou modificação adicional.In another embodiment, the invention provides a method of processing waste materials selected from the group consisting of mine tailings, residual rock, quarry fines, slime, fly ash, debris ash, coal ash, incinerator ash, wood, and slag, resulting in a non-porous glassy waterproof polycrystalline composition. Said method comprises subjecting the waste materials to a sorting apparatus; transferring the waste materials from said rating apparatus to a heated rotary chamber for chemical transformation; transferring waste materials from said heated rotating chamber to a second heated chamber optionally fixed with a vacuum transferring waste materials from said second heated chamber to a third heated chamber positioned within a heating element applying pressure to the waste materials in said third heated chamber forming a hybrid rock; extruding said hybrid rock into a matrix device and removing said hybrid rock from said heated third chamber for subsequent use or modification.
Os benefícios, vantagens e surpreendentes descobertas dapresente invenção são, resumidamente, notáveis. Primeiro, e mais importante,uma descoberta surpreendente com relação à invenção do requerente é apresença de inossilicatos de piroxeno na composição final e artigoscorrespondentes. Até então, compostos minerais piroxeno não foramdetectados em materiais de rocha sintética de baixa absorção de baixaporosidade vítreos tais como os da presente invenção do requerente. Em vezdisso, piroxenos foram detectados apenas convencionalmente em materiaisnão vítreos altamente porosos.Também surpreendente é o fato de que a invenção dorequerente atinge máxima cristalização sem a adição de catalisadores decristalização ou outros agentes de nucleação. A matéria-prima na invenção dorequerente não é aquecida além de seu ponto de fusão, mas, em vez disso, éfundida apenas parcialmente, que preserva sítios de núcleos de cristalização jápresentes na matriz de vidro. Ao contrário, composições de rocha sintéticaconvencional têm que empregar catalisadores de cristalização para facilitar aformação de cristal em virtude de as matérias-primas correspondentes seremaquecidas acima de seu ponto de fusão e completamente fundidas em umestado homogêneo durante o processamento, que destrói sítios de cristalizaçãopotenciais. A catalisação de cristalização convencional é necessária paraprover um sítio para cristalização.The benefits, advantages and surprising discoveries of the present invention are, in short, remarkable. First and foremost, a surprising finding with respect to the applicant's invention is the presence of pyroxene inosilicates in the final composition and corresponding articles. Heretofore, pyroxene mineral compounds have not been detected in low-glassiness low-absorption synthetic rock materials such as those of the present invention of the applicant. Instead pyroxenes have been detected only conventionally in highly porous non-glassy materials. Also surprising is the fact that the resulting invention achieves maximum crystallization without the addition of crystallization catalysts or other nucleating agents. The raw material in the resulting invention is not heated beyond its melting point, but instead is only partially melted, which preserves crystallization core sites already present in the glass matrix. In contrast, conventional synthetic rock compositions have to employ crystallization catalysts to facilitate crystal formation by virtue of the corresponding raw materials being warmed above their melting point and completely fused into a homogeneous state during processing, which destroys potential crystallization sites. Conventional crystallization catalyst is required to provide a site for crystallization.
Também uma outra descoberta surpreendente relativa àinvenção do requerente é que a matriz de vidro da invenção podecompreender várias quantidades de vidro, mas que, com menos deaproximadamente 20 % de vidro, a composição atinge a impermeabilidade.Materiais de rocha sintética pouco permeáveis ou não permeáveisconvencionais exigem um alto teor de vidro para atingir a impermeabilidade.Also another surprising finding regarding the applicant's invention is that the glass matrix of the invention may comprise various amounts of glass, but that with less than approximately 20% glass the composition achieves impermeability. Conventional non-permeable or non-permeable synthetic rock materials require a high glass content to achieve impermeability.
A invenção também tem a vantagem de prover composições dematéria compreendendo partículas cristalinas com uma matriz líquida deligação de vidro, que permite que as composições mantenham umaquantidade significativa de plasticidade a alta temperatura, diferente deazulejo/ladrilho de argila. Com este nível de plasticidade saliente, ascomposições podem, enquanto inicialmente aquecidas ou reaquecidas, serprensadas, laminadas ou injetadas em outras formas e uma variedade deprodutos úteis depois da preparação inicial. Por exemplo, versões de grão finodas composições sólidas podem ser prensadas em agregados e pedrasredondas para uma variedade de usos de construção, incluindo para uso emcimento, base de estrada e pedras de pavimentação. Alternativamente,abrasivos normalmente conhecidos, tais como carboneto de sílica, quartzo egranada, podem ser adicionados à composição para subseqüente uso emblocos de jateamento de areia e rodas de esmeril.The invention also has the advantage of providing compositions of matter comprising crystalline particles with a liquid glass-binding matrix, which allows the compositions to maintain a significant amount of high temperature plasticity other than tile / clay tile. With this level of protruding plasticity, the compositions may, while initially heated or reheated, be pressed, laminated or injected into other forms and a variety of useful products after initial preparation. For example, grain versions of solid compositions can be pressed into aggregates and round stones for a variety of construction uses, including for underlay, road base and paving stones. Alternatively, commonly known abrasives, such as silica carbide, roving quartz, may be added to the composition for subsequent use in sandblasting blocks and grinding wheels.
Uma outra vantagem da presente invenção é que ascomposições de sólidos e os artigos correspondentes de fabricação sãoimpermeáveis sem a necessidade de vitrificação. A impermeabilidade dainvenção é diretamente relacionada com o fato de que, diferente de materiaisde rocha sintética convencionais, a composição e os artigos contémessencialmente zero porosidade aberta, por causa da estrutura de matriz devidro contínua que envolve cristalitos distribuídos em toda ela. Com aexceção de certos produtos de argila baratos vítreos raros, tal como porcelana,rocha sintética convencional e produtos cerâmicos exigem vitrificação paraatingir a impermeabilidade.Another advantage of the present invention is that solids compositions and corresponding articles of manufacture are impermeable without the need for glazing. The impermeability of the invention is directly related to the fact that, unlike conventional synthetic rock materials, the composition and articles contain essentially zero open porosity, because of the continuous glass matrix structure that surrounds crystallites distributed throughout it. With the exception of certain rare cheap glassy clay products such as porcelain, conventional synthetic rock and ceramic products require glazing to achieve impermeability.
Conforme notado previamente, a invenção do requerentecontém virtualmente zero porosidade aberta, que resulta em artigos menosporosos e mais impermeáveis, comparados com materiais cerâmicosconvencionais. Surpreendentemente, vazios (poros fechados) podem serinduzidos na invenção do requerente para resultar em material tipo construçãode menor peso, sem comprometer as características impermeáveis dainvenção.As noted previously, the applicant's invention contains virtually zero open porosity, which results in less porous and more impermeable articles compared to conventional ceramic materials. Surprisingly, voids (closed pores) can be induced in the applicant's invention to result in a lightweight construction type material without compromising the impervious characteristics of the invention.
Outros aspectos e alternativas ou modalidades preferidas dainvenção existem. Esses ficarão aparentes com o transcorrer da especificação.Other aspects and preferred alternatives or embodiments of the invention exist. These will become apparent as the specification proceeds.
DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS
A figura 1 é uma micrografia obtida de análise de microssondaeletrônica de varredura de azulejo/ladrilho cerâmico não vítreocomercialmente disponível (Dal-Tile).Figure 1 is a micrograph obtained from non-commercially available ceramic tile scanning microscope analysis (Dal-Tile).
A figura 2 é uma micrografia obtida por análise demicrossonda eletrônica de varredura de azulejo/ladrilho cerâmico semi-vítreocomercialmente disponível (Balmor).A figura 3 é uma micrografia obtida por análise demicrossonda eletrônica de varredura de azulejo/ladrilho cerâmico vítreocomercialmente disponível (Granitifiandre, Kashmir White).Figure 2 is a micrograph obtained by semi-commercially available electronically available ceramic tile / ceramic tile scanning (Balmor). Figure 3 is a micrograph obtained by semi-commercially available electronically available ceramic tile / ceramic tile scanning (Granitifiandre, Kashmir) White).
A figura 4 é uma micrografia obtida por análise demicrossonda eletrônica de varredura de um artigo de fabricação resultante dométodo do requerente de processamento de rejeitos de mina, incluindo umailustração da composição do artigo.Figure 4 is a micrograph obtained by scanning electron probe analysis of an article of manufacture resulting from the applicant's tailings processing method, including an illustration of the article composition.
A figura 5 é uma micrografia obtida por análise demicrossonda eletrônica de varredura de um artigo de fabricação resultante dométodo do requerente de processamento de rejeitos de mina, incluindo umailustração da composição do artigo.Figure 5 is a micrograph obtained by scanning electron probe analysis of an article of manufacture resulting from the applicant's tailings processing method, including an illustration of the article composition.
A figura 6 é uma micrografia obtida por análise demicrossonda eletrônica de varredura de um artigo de fabricação resultante dométodo do requerente de processar rocha de lavra de mina, incluindo umailustração da composição do artigo.Figure 6 is a micrograph obtained by scanning electron probe analysis of an article of manufacture resulting from the applicant's method of processing mine rock, including an illustration of the composition of the article.
A figura 7 é uma micrografia obtida por análise demicrossonda eletrônica de varredura de um artigo de fabricação resultante dométodo do requerente de processamento de cinza volante de carvão, incluindouma ilustração da composição do artigo.Figure 7 is a micrograph obtained by scanning electron probe analysis of an article of manufacture resulting from the applicant's fly ash processing method, including an illustration of the article composition.
A figura 8 é um fluxograma esquemático que representa umaparelho e método de processamento de materiais minerais residuais.Figure 8 is a schematic flowchart depicting an apparatus and method of processing waste mineral materials.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Primeira ModalidadeFirst Modality
Esta modalidade é um aparelho e um processo para processarrejeitos de mina que emprega uma escala de resfriamento lenta, que resulta nacomposição do requerente e artigos de fabricação correspondentes.Tabela 1. Composição de alguns dos materiais de alimentação<table>table see original document page 25</column></row><table>This embodiment is a mine tailing apparatus and process that employs a slow cooling scale, which results in the applicant's composition and corresponding manufacturing articles. Table 1. Composition of some of the feed materials <table> table see original document page 25 </column></row> <table>
EXEMPLO 1EXAMPLE 1
Uma amostra de rejeitos da mina de ouro Idaho-Marylan, coma composição geral mostrada na tabela 1, foi seca ao ar até menos de 3 % deumidade e classificada para remover material maior que 516 mícrons (30mesh). O material de rejeitos brutos foi calcinado ao ar a 900 graus C. Após acalcinação, o material, sem aditivos, foi mecanicamente compactado usandoum aríete a uma pressão de aproximadamente 350 psi (2,41 MPa) em um tubode processo de carboneto de silício ligado por nitreto a uma temperatura de1.130 graus C por um período de tempo prolongado, aproximadamente 60horas nessa temperatura. O material foi então resfriado lentamente, a umataxa de 1 a 3 graus C por minuto, formando um material híbrido de rochasintética, que foi então removido do tubo de processo. Os corpos de prova domaterial híbrido de rocha sintética tiveram um módulo de ruptura médio decerca de 85 PMa (12.320 psi) e uma absorção de água média de cerca de 0,3%, determinada pelo método ASTM C373. Outros dados resultantes estãomostrados na tabela 2.A tailings sample from the Idaho-Marylan gold mine, with the overall composition shown in Table 1, was air dried to less than 3% moisture and graded to remove material larger than 516 microns (30mesh). The raw tailings material was air calcined at 900 degrees C. After calcification, the material, without additives, was mechanically compacted using a ram at a pressure of approximately 350 psi (2.41 MPa) in a bonded silicon carbide process tubing. nitride at a temperature of 1,130 degrees C for an extended period of time, approximately 60 hours at that temperature. The material was then slowly cooled to a rate of 1 to 3 degrees C per minute, forming a hybrid synthetic rock material, which was then removed from the process tube. The synthetic rock hybrid material specimens had an average rupture modulus of about 85 PMa (12,320 psi) and an average water absorption of about 0.3% determined by the ASTM C373 method. Other resulting data are shown in table 2.
Tabela 2. Propriedades físicas de materiais híbridos de rocha sintéticaexemplares<table>table see original document page 26</column></row><table>Table 2. Physical Properties of Exemplary Synthetic Rock Hybrid Materials <table> table see original document page 26 </column> </row> <table>
A figura 4 é uma imagem eletrônica retrodispersa (BSE) demicrossonda eletrônica de varredura deste material híbrido de rejeitos derocha sintética de carga de alimentação de rejeitos de mina da IdahoMaryland. A figura 4 ilustra as três fases características típicas damicroestrutura mineralógica exclusiva deste material de rocha sintética. Essastrês fases incluem clastos (grãos primários remanescentes parcialmentedissolvidos da carga de alimentação de rejeitos); uma fase vidro derivada dafusão parcial dos grãos minerais primários; e uma fase cristalina secundáriacomposta de cristalitos de dimensões similares que ocorrem na fase vidro. Osúltimos minerais secundários cristalizaram a partir da fase líquida antes doresfriamento e formação da fase vidro. A figura 4 mostra um grão de quartzoprimário remanescente com bordas redondas indicando dissolução de seuscontornos de grão anteriormente angulares (31). A fusão praticamentecompleta da maioria dos constituintes minerais primários dos componentes decarga de alimentação original tal como feldspato deixa pouca evidência de suaexistência nesta rocha sintética sem ser área matizada que retêm a assinaturaquímica da mineralogia de origem (32).Figure 4 is a backscattered electronic (BSE) image of the scanning electron probe of this IdahoMaryland mine tailings synthetic feedstock hybrid tailings material. Figure 4 illustrates the three typical characteristic phases of the unique mineralogical microstructure of this synthetic rock material. These phases include clasts (remnant primary grains partially dissolved from the tailings feedstock); a glass phase derived from partial melting of the primary mineral grains; and a secondary crystalline phase composed of similar sized crystallites occurring in the glass phase. The last secondary minerals crystallized from the liquid phase before cooling and formation of the glass phase. Figure 4 shows a remnant quartz-grain with round edges indicating dissolution of its previously angular grain contours (31). The practically complete fusion of most of the primary mineral constituents of the original feedstock components such as feldspar leaves little evidence of their existence in this synthetic rock without being a tinted area retaining the chemical signature of the original mineralogy (32).
A fase vidro (33) com uma composição de aluminossilicatocontém quantidades traços de cátions tais como potássio, cálcio, sódio,magnésio e ferro (33). Análise microquímica EDS do vidro em toda acerâmica indica que a composição do vidro é heterogênea e varia com relaçãoà razão alumínio:silício, bem como o teor de cátion traços (34).The glass phase (33) with an aluminosilicate composition contains trace amounts of cations such as potassium, calcium, sodium, magnesium and iron (33). EDS micro-chemical analysis of glass in all ceramics indicates that the composition of the glass is heterogeneous and varies with respect to the aluminum: silicon ratio as well as the trace cation content (34).
O cristalito recém-formado (secundário) compreende a fasecristalina desta rocha sintética. O maior tempo de processamento resultou emcristalitos secundários compreendendo 40-50 % do volume deste material. Oscristalitos aparecem em duas morfologias reconhecíveis, cada uma comcomposições químicas distintas, determinadas por EDS. Alguns cristalitosaparecem em formas de reticulado e esqueleto estreito e ocorrem de formaúnica e em agrupamentos (35). Cristalitos desta morfologia possuemuniformemente uma composição química na maior parte similar às espéciesde bronzita de piroxeno com alto magnésio, mas baixos teores de cálcio eferro (35). O tamanho dos cristalitos em forma de reticulado varia de 1 a 3 μιηde largura e de 5 a 25 μπι de comprimento.The newly formed (secondary) crystallite comprises the fasecrystalline of this synthetic rock. The longer processing time resulted in secondary crystallites comprising 40-50% of the volume of this material. Crystallites appear in two recognizable morphologies, each with distinct chemical compositions determined by EDS. Some crystallites appear in reticulate and narrow skeleton forms and occur uniquely and in clusters (35). Crystallites of this morphology uniformly have a chemical composition mostly similar to the high magnesium pyroxene bronzite species, but low levels of eferral calcium (35). The size of the lattice-shaped crystallites ranges from 1 to 3 μιη in width and from 5 to 25 μπι in length.
A outra morfologia comum de cristalitos é uma forma deblocos equante que ocorres similarmente de maneira simples e emagrupamentos (36). Esta última morfologia de cristalitos é associada comrazões cálcio para ferro, similares às variedades de augita ou pigeonita depiroxeno com alto teor de cálcio, mas baixo teor de ferro. O tamanho dessescristalitos em blocos varia de 4 a 15 μιη.The other common morphology of crystallites is a block-like shape that occurs similarly in a simple manner and slows (36). The latter morphology of crystallites is associated with calcium to iron reasons, similar to the high calcium but low iron depiroxene augite or pigeonite varieties. The size of these block crystals ranges from 4 to 15 μιη.
A fase vidro contínua neste material de rocha sintética deixavazios isolados bastante espaçados com pouca ou nenhuma comunicaçãoentre eles, resultando em valores de absorção muito baixos (37).The continuous glass phase in this synthetic rock material left isolated isolates well spaced with little or no communication between them, resulting in very low absorption values (37).
Segunda ModalidadeSecond Modality
Esta modalidade é um método de processamento de rejeitos demina que emprega uma escala de resfriamento rápida, que resulta nacomposição do requerente e artigos de fabricação correspondentes.This embodiment is a demine tailings processing method that employs a rapid cooling scale, which results in the applicant's composition and corresponding articles of manufacture.
EXEMPLO 2EXAMPLE 2
Uma amostra de rejeitos da mina de ouro Idaho-Maryland,com a composição geral mostrada na tabela 1, foi seca ao ar até menos de 3 %de umidade e classificada para remover material maior que 516 mícrons (30mesh). O material de rejeitos brutos foi calcinado ao ar a 900 graus C. Após acalcinação, o material, sem aditivos, foi mecanicamente compactado usandoum aríete a uma pressão de aproximadamente 300 psi (20,7 MPa) em um tubode processo de carboneto de silício ligado com nitreto a uma temperatura de1.140 graus C, com um tempo de permanência de aproximadamente 6 horas àtemperatura. O material foi então extrusado em uma matriz retangular (15,2por 1,3 cm) com um comprimento da face da parte alta de 3,5 cm, esubseqüentemente resfriado a uma velocidade de cerca de 10 a 20 graus C porminuto, formando um material híbrido de rocha sintética. Os corpos de provado material híbrido de rocha sintética resultante tiveram um módulo deruptura médio de cerca de 42 MPa (6.060 psi) e uma absorção de água médiade cerca de 3,2 %, determinada pelo método ASTM C373. Outros dados estãomostrados na tabela 2.A tailings sample from the Idaho-Maryland gold mine, with the overall composition shown in Table 1, was air dried to less than 3% humidity and graded to remove material larger than 516 microns (30mesh). The raw tailings material was air calcined at 900 degrees C. After calcification, the material, without additives, was mechanically compacted using a ram at a pressure of approximately 300 psi (20.7 MPa) in a bonded silicon carbide process tubing. with nitride at a temperature of 1,140 degrees C with a residence time of approximately 6 hours at temperature. The material was then extruded into a rectangular die (15.2 by 1.3 cm) with a top face length of 3.5 cm, subsequently cooled at a rate of about 10 to 20 degrees C per minute, forming a material. synthetic rock hybrid. The bodies of proven resulting synthetic rock hybrid material had an average burst modulus of about 42 MPa (6,060 psi) and an average water absorption of about 3.2% determined by the ASTM C373 method. Other data are shown in table 2.
A figura 5 mostra a imagem eletrônica retrodispersa (BSE) demicrossonda eletrônica de varredura do material híbrido de rocha sintéticaresultante. A figura 5 ilustra as três fases características típicas damicroestrutura mineralógica exclusivo deste material de rocha sintética. Essastrês fases incluem clastos (grãos primários remanescentes parcialmentedissolvidos da carga de alimentação de rejeitos); uma fase vidro derivada dafusão parcial dos grãos de mineral primário; e uma fase cristalina secundáriacomposta de cristalitos de dimensões similares envelopados na fase vidro. Osúltimos minerais secundários cristalizaram a partir da fase líquida durante oresfriamento, provavelmente antes da formação da fase vidro. A figura 5mostra um grão de quartzo primário remanescente com bordas redondasindicando dissolução de seus contornos de grão inicialmente angulares (41).Figure 5 shows the backscattered electronic image (BSE) of the scanning electron probe of the synthetic rock hybrid material resulting. Figure 5 illustrates the three typical characteristic phases of the unique mineralogical microstructure of this synthetic rock material. These phases include clasts (remnant primary grains partially dissolved from the tailings feedstock); a glass phase derived from partial melting of the primary mineral grains; and a secondary crystalline phase composed of similarly sized crystallites enveloped in the glass phase. The last secondary minerals crystallized from the liquid phase during cooling, probably before the formation of the glass phase. Figure 5 shows a remnant primary quartz grain with round edges indicating dissolution of its initially angular grain contours (41).
A fusão praticamente completa da maior parte dos constituintes mineraisprimários dos componentes da carga de alimentação original deixa poucaevidência de sua existência nesta rocha sintética.The nearly complete fusion of most of the primary mineral constituents of the original feedstock components leaves little evidence of their existence in this synthetic rock.
A fase vidro (42) com uma composição de aluminossilicatocontém quantidades traços de cátions tais como potássio, cálcio, sódio,magnésio e ferro (42). Análise microquímica EDS do vidro através dacerâmica indica que a composição de vidro é heterogênea e varia com relaçãoà razão alumínio:silício, bem como o teor de cátions traços (43).The glass phase (42) with an aluminosilicate composition contains trace amounts of cations such as potassium, calcium, sodium, magnesium and iron (42). EDS microchemical analysis of glass through ceramics indicates that the glass composition is heterogeneous and varies with respect to aluminum: silicon ratio as well as trace cation content (43).
Quatro fases cristalinas secundárias recém-formadas sãoaparentes neste material de rocha sintética incluindo dois tipos de piroxenodistintos, anidrita e ilmanita. Cristalitos de piroxeno aparecem em duasmorfologias, cada qual com distintas composições químicas, determinadas porEDS. Uma morfologia de cristalito de piroxeno é uma forma de reticuladoestreito (44). Os piroxenos tipo reticulado possuem uniformemente umacomposição química mais similar a espécies de bronzita com altos teores demagnésio, mas baixos teores de cálcio e ferro (44). Os tamanhos doscristalitos variam de 1,5 a 3 μπι de largura e de 5 a 50 μιτι de comprimento. Omenor tempo de processamento para produzir este material (em relação aoexemplo 1) impediu o desenvolvimento de agrupamentos complexos doscristalitos. Outros cristalitos de piroxeno ocorrem com uma morfologia tipoblocos equantes (45). Este último tipo de piroxeno ocorre simplesmente ouem agrupamentos simples. Esta última morfologia dos cristalitos de piroxenoé associada com as razões de cálcio para ferro similares a variedades de augitaou pigeonita com altos teores de cálcio, mas baixos teores de ferro. Oscristalitos tipo bloco variam de 1 a 5 μηι.Four newly formed secondary crystalline phases are apparent in this synthetic rock material including two types of pyroxenodistincts, anhydrite and ilmanite. Pyroxene crystallites appear in two morphologies, each with distinct chemical compositions, determined by EDs. A morphology of pyroxene crystallite is a form of reticular reticulate (44). Cross-linked pyroxenes uniformly have a chemical composition more similar to bronzite species with high magnesium but low calcium and iron (44). Crystallite sizes range from 1.5 to 3 μπι in width and from 5 to 50 μιτι in length. The shorter processing time to produce this material (compared to example 1) prevented the development of complex crystallite clusters. Other pyroxene crystallites occur with an equating typobloc morphology (45). This last type of pyroxene occurs simply or in simple groupings. The latter morphology of pyroxene crystallites is associated with calcium to iron ratios similar to augitaou or pigeonite varieties with high calcium but low iron content. Block type crystallites range from 1 to 5 μηι.
Enxofre nesta rocha sintética combinou com cálcio paraformar agrupamentos de cristalitos de anidrita (46). Cristalitos individuais nosagrupamentos variam de 2 a 7 μιτι de tamanho.Sulfur in this synthetic rock combined with calcium to form clumps of anhydrite crystallites (46). Individual crystallites in the clusters range from 2 to 7 μιτι in size.
Pequenos cristalitos de dimensões similares de ilmanita (óxidode ferro e titânio) de 1 a 5 μιτι de tamanho a parecem aleatoriamentearranjados na matriz vítrea (47).Small crystallites of similar dimensions of 1 to 5 μιτι ilmanite (iron oxide and titanium) appear randomly arranged in the vitreous matrix (47).
A fase vidro contínua neste material de rocha sintética deixapoucos vazios, e amplamente isolados espaçados (48) com pouca ou nenhumacomunicação entre eles, resultando em valores de absorção muito baixos.The continuous glass phase in this synthetic rock material left little voids, and widely spaced isolates (48) with little or no communication between them, resulting in very low absorption values.
Terceira ModalidadeThird Mode
Esta modalidade é um método de processamento de rocha delavra de mina metavulcânica que emprega um programa de resfriamentorápido, que resulta na composição do requerente e artigos de fabricaçãocorrespondentes.This embodiment is a method of processing the metavolcanic mine rock that employs a rapid cooling program, which results in the applicant's composition and corresponding articles of manufacture.
EXEMPLO 3EXAMPLE 3
Um compósito de amostra de perfuração de núcleo retirada derocha metavulcânica (andesita, dacita, diabase e outras) da mina Idaho-Marylan ("rocha de desenvolvimento") foi seca ao ar até menos de 3 % deumidade, e triturada até um tamanho fino o bastante para passar 100 % emuma peneira de 516 mícrons (30 mesh). O pó da rocha de desenvolvimentoteve uma composição mostrada na tabela 1. O pó da rocha dedesenvolvimento, sem aditivos, foi processado em um aparelho descrito napatente U.S. 6.547.550 (Guenther) a uma temperatura de 1.160 graus C, comuma pressão mecânica oscilando entre cerca de 160 psi e 30 psi (1,1 a 0,21MPa) com um período de oscilação de 10 minutos, em uma atmosfera devácuo parcial (cerca de 170 mbar de pressão absoluta), com um tempo depermanência de cerca de 60 minutos antes de extrusão do tampão consolidadode material híbrido de rocha sintética. Após a extrusão, o tampão foi resfriadoa uma velocidade de cerca de 5 a 15 graus C por minuto. Os corpos de provado material híbrido de rocha sintética resultante tiveram um módulo deruptura médio de cerca de 64 MPa (9.280 psi) e uma absorção de água médiade cerca de 0,8 %, determinada pelo método ASTM C373. Outros dadosresultantes estão mostrados na tabela 2.A composite core drilling sample taken from the metavolcanic rock (andesite, dacite, diabase and others) from the Idaho-Marylan mine ("development rock") was air dried to less than 3% moisture, and ground to a fine size. enough to pass 100% in a 516 micron (30 mesh) screen. The developmental rock powder had a composition shown in Table 1. The developmental rock powder, without additives, was processed in an apparatus described in US 6,547,550 (Guenther) at a temperature of 1,160 degrees C, with a mechanical pressure oscillating between about 160 psi and 30 psi (1.1 to 0.21MPa) with a 10 minute oscillation period, in a partial vacuum atmosphere (about 170 mbar absolute pressure), with a dwell time of about 60 minutes before consolidated extrusion of the hybrid synthetic rock buffer. After extrusion, the buffer was cooled to a rate of about 5 to 15 degrees C per minute. The bodies of the resulting proven synthetic rock hybrid material had an average burst modulus of about 64 MPa (9,280 psi) and an average water absorption of about 0.8% determined by the ASTM C373 method. Other resulting data are shown in table 2.
A figura 6 é a imagem eletrônica retrodispersa (BSE) demicrossonda eletrônica de varredura do material de rocha sintética resultanteda carga de alimentação de rocha de desenvolvimento da Idaho Maryland. Afigura 6 ilustra as três fases características típicas da microestruturamineralógica exclusivo deste material de rocha sintética que coletivamentecompreendem um arranjo agregado (ou brecha). Essas três fases incluemgrãos primários remanescentes parcialmente dissolvidos dos constituintes decarga de alimentação metavulcânico original; uma fase vidro derivada dafusão parcial dos grãos minerais primários; e fases cristalinas secundáriascompostas de cristalitos de dimensões similares envelopados na fase vidro. Osúltimos minerais secundários cristalizaram a partir da fase líquida durante oresfriamento, provavelmente antes da formação da fase vidro. A figura 6mostra inúmeros grãos remanescentes de uma variedade de constituintesprimários que formam uma fração de clastos relativamente grosseira. Essesgrãos de lítico primários incluem fragmentos de rocha metavulcânicapoliminerálica (51) e grãos de mineral monominerálicos (52). Mineraisespecíficos que ocorrem tanto em grãos monominerálicos compostos de umúnico mineral quanto em fragmentos de rocha poliminerálicos compostos demúltiplos minerais incluem feldspato plagioclásio (53); piroxeno (54); e osrestantes de clorita degradada (55). Outros minerais primários herdados dosconstituintes da carga de alimentação que também ocorrem, apesar de nãoilustrados na figura 6, incluem esfeno, quartzo e hematita.Figure 6 is the backscattered electronic image (BSE) of the electronic scanning probe of the synthetic rock material resulting from the Idaho Maryland developmental rock feed load. Figure 6 illustrates the three characteristic phases typical of the unique mineral microstructure of this synthetic rock material that collectively comprise an aggregate arrangement (or loophole). These three phases include the remaining partially dissolved primary grains of the original metavulcan feedstock constituents; a glass phase derived from partial melting of the primary mineral grains; and secondary crystalline phases composed of similar sized crystallites enveloped in the glass phase. The last secondary minerals crystallized from the liquid phase during cooling, probably before the formation of the glass phase. Figure 6 shows numerous remnant grains of a variety of primary constituents forming a relatively coarse fraction of clasts. These primary lytic grains include polyvinyl metavulcanic rock fragments (51) and monomineralic mineral grains (52). Specific minerals occurring in both monomeric grains composed of a single mineral and multi-mineral composite polyimineral rock fragments include plagioclase feldspar (53); pyroxene (54); and the remains of degraded chlorite (55). Other primary minerals inherited from feedstuff constituents that also occur, although not illustrated in Figure 6, include spheno, quartz and hematite.
A fusão parcial de feldspato (53) que ocorre na carga dealimentação metavulcânica contribui para a formação de uma fase fundidaque criou uma matriz de vidro mediante resfriamento (56). As margens dosgrãos de feldspato redondas indicam dissolução ou fusão de seus contornos degrãos inicialmente angulares. A fase vidro (56) com uma composição dealuminossilicato contém quantidades traços de cátions, tais como potássio,cálcio, sódio, magnésio e ferro. Análise microquímica EDS do vidro em todaa cerâmica indica que a composição de vidro é heterogênea e varia em relaçãoà razão alumínio:silício, bem como o teor de cátion traço (57).The partial fusion of feldspar (53) that occurs at the metavulcan feed charge contributes to the formation of a molten phase that created a glass matrix upon cooling (56). Round feldspar grain margins indicate dissolution or fusion of their initially angular grain contours. The glass phase 56 with a dealuminosilicate composition contains trace amounts of cations such as potassium, calcium, sodium, magnesium and iron. EDS micro-chemical analysis of glass throughout ceramics indicates that the glass composition is heterogeneous and varies with respect to aluminum: silicon ratio as well as trace cation content (57).
A figura 6 ilustra a formação da fase cristalina secundária quecristalizou a partir da fase líquida. Agrupamentos de cristalitos de piroxenoaparecem em vários locais envelopados pela fase vidro (58). Os cristalitos depiroxeno individuais nos agrupamentos possuem uma morfologia tipo blocosequante com razões de cálcio para ferro similares às variedades augita epigeonita. Outros minerais secundários que cristalizaram a partir da faselíquida, porém não ilustrados na figura 6, incluem magemita (grupo espinélio)e ilmanita (óxido de ferro e titânio).Figure 6 illustrates the formation of the secondary crystalline phase which crystallized from the liquid phase. Pyroxene crystallite clusters appear at various locations enveloped by the glass phase (58). The individual depiroxene crystallites in the clusters have a block-like morphology with calcium to iron ratios similar to the augite epigeonite varieties. Other secondary minerals that crystallized from faseliquid but not shown in figure 6 include magemite (spinel group) and ilmanite (iron oxide and titanium).
A fase vidro contínua deste material de rocha sintéticaenvelopa praticamente toda a margem de grãos dos clastos, resultando emvazios isolados bem espaçados (59). Existe pouca ou nenhuma comunicaçãoentre os vazios isolados, resultando em valores de absorção muito baixosdeterminados para este material híbrido de rocha sintética.The continuous glass phase of this synthetic rock material envelops virtually the entire grain margin of the clasts, resulting in well-spaced isolated voids (59). There is little or no communication between isolated voids, resulting in very low absorption values determined for this synthetic rock hybrid material.
O atributo estrutural exclusivo deste material de rocha sintéticaé a microestrutura mineralógica de brecha agregada criada pelos trêscomponentes importantes que inclui: 1) os clastos remanescentes primários,2) a fase vidro, e 3) a fase de cristalitos secundários. Este arranjo estrutural debrecha agregado de componentes (ou constituintes) cria uma fortemicroestrutura mineralógica agregada com propriedades superiores deresistência e durabilidade exclusivas deste material de rocha sintética.The unique structural attribute of this synthetic rock material is the aggregate gap mineralogical microstructure created by the three important components which includes: 1) the remaining primary clasts, 2) the glass phase, and 3) the secondary crystallite phase. This structural arrangement of aggregate component (or constituent) gaps creates an aggregate mineralogical forthemostructure with superior strength and durability properties unique to this synthetic rock material.
Quarta ModalidadeFourth Modality
Esta modalidade é um método de processar cinza volante decarvão empregando uma escala de resfriamento acelerada, que resulta nacomposição do requerente e artigos de fabricação correspondentes.This embodiment is a method of processing flywheel ash using an accelerated cooling scale, which results in the applicant's composition and corresponding articles of manufacture.
EXEMPLO 4EXAMPLE 4
Material de cinza volante de carvão foi obtido de uma usinaelétrica de carvão, especificamente Valmy Train 2 em Winnemucca, NV. Acomposição da matéria-prima está mostrada na tabela 1. O material foi secoao ar até menos de 3 % de umidade, e classificado para passar 100 % em umapeneira de 516 mícrons (malha 30). Após calcinação, o material de cinzavolante de carvão calcinado sem aditivos foi mecanicamente compactadousando um aríete a uma pressão de aproximadamente 300 psi (2,07 MPa) emum tubo de processo de carboneto de silício ligado por nitreto a umatemperatura de 1.115 graus C, com um tempo de permanência deaproximadamente 10 horas na temperatura. O material foi então extrusado emuma matriz cilíndrica, e subseqüentemente resfriado a uma velocidade decerca de 10 a 20 graus C por minuto, formando um material híbrido de rochasintética. Corpos de prova do material híbrido de rocha sintética resultantetiveram um módulo de ruptura médio de cerca de 57 MPa (8.230 psi) e umaabsorção de água média de cerca de 0,7 %, determinada pelo método ASTMC373. Outros dados resultantes estão mostrados na tabela 2.Coal fly ash material was obtained from a coal power plant, specifically Valmy Train 2 in Winnemucca, NV. Composition of the raw material is shown in table 1. The material was air dried to less than 3% humidity, and rated to pass 100% in a 516 micron (30 mesh) screen. After calcination, the additive-free calcined charcoal hull material was mechanically compacted using a ram at a pressure of approximately 300 psi (2.07 MPa) in a nitride-bonded silicon carbide process tube at a temperature of 1,115 degrees C residence time of approximately 10 hours at temperature. The material was then extruded into a cylindrical die, and subsequently cooled at a rate of about 10 to 20 degrees C per minute, forming a hybrid synthetic rock material. Specimens of the resulting hybrid synthetic rock material had an average rupture modulus of about 57 MPa (8,230 psi) and an average water absorption of about 0.7% as determined by the ASTMC373 method. Other resulting data are shown in table 2.
A figura 7 é uma imagem eletrônica retrodispersa (BSE) demicrossonda eletrônica de varredura do material de rocha sintética fabricado apartir de carga de alimentação de material residual de cinza volante de carvão.A figura 7 ilustra as três fases características típicas da microestruturamineralógica exclusiva deste material de rocha sintética que coletivamente-compreende um arranjo estrutural agregado. Essas três fases incluem clastosde grãos primários remanescentes parcialmente dissolvidos dos constituintes15 de carga de alimentação de cinza volante original; uma fase vidro derivada dafusão parcial dos grãos de mineral primário e cinza volante; e fases cristalinassecundárias compostas de cristalitos de dimensões similares envelopados nafase vidro. Os últimos minerais secundários cristalizaram a partir da faselíquida durante o resfriamento, provavelmente antes da formação da fase20 vidro. A figura 7 mostra grãos remanescentes de constituintes primários quepermanecem nesta rocha sintética, incluindo quartzo (61) e esférulas de vidrode cinza volante (62).Figure 7 is a backscattered electronic image (BSE) of the scanning electron probe of the synthetic rock material fabricated from the feedstock of fly ash ash. Figure 7 illustrates the three typical characteristic phases of the unique microstructure of this material. synthetic rock that collectively-comprises an aggregate structural arrangement. These three phases include remaining partially dissolved primary grain clasts of the original fly ash feedstock constituents15; a glass phase derived from partial melting of the primary mineral grains and fly ash; and secondary crystalline phases composed of similar sized crystallites enveloped in the glass phase. The latter secondary minerals crystallized from the faseliquid during cooling, probably before the formation of the glass phase. Figure 7 shows remnant grains of primary constituents remaining in this synthetic rock, including quartz (61) and fly ash glass beads (62).
A fusão parcial de esférulas de vidro de cinza volante - oconstituinte dominante da carga de alimentação - criou uma fase fundida que25 formou uma matriz de vidro contínua mediante resfriamento (63). A fasevidro (63) com uma composição de aluminossilicato contém quantidadestraços de cátions, tais como potássio, cálcio, sódio, magnésio e ferro. Análisemicroquímica EDS do vidro em toda a cerâmica indica que a composição dovidro é heterogênea e varia com relação à razão de alumínio:silício, bemcomo o teor de cátions traços (64).The partial fusion of fly ash glass beads - the dominant constituent of the feedstock - created a fused phase that formed a continuous glass matrix upon cooling (63). Fasevidro (63) with an aluminosilicate composition contains amounts of cations such as potassium, calcium, sodium, magnesium and iron. EDS analysis of glass across ceramics indicates that the glass composition is heterogeneous and varies with respect to the aluminum: silicon ratio as well as the trace cation content (64).
A figura 7 ilustra a formação de até quatro fases cristalinassecundárias que cristalizaram a partir da fase líquida durante o processo deresfriamento. Essas fases cristalinas secundárias incluem: agrupamentos decristalitos de wollastonita (65), alguns dos quais nuclearam nos grãos dequartzo primário remanescente (61); cristalitos de feldspato plagioclásio deforma reticulada (66) e piroxeno (67) aleatoriamente distribuídos na fasevidro; e cristalitos de anidrita tipo bloco (sulfato de cálcio) não mostrados nafigura 7. A fase anidrita é um componente principal deste material de rochasintética e serve como um receptáculo principal para o enxofre que foi umconstituinte dominante do material residual de cinza volante de carvão.Figure 7 illustrates the formation of up to four secondary crystalline phases that crystallized from the liquid phase during the cooling process. These secondary crystalline phases include: wollastonite decrystallite clusters (65), some of which nuclearize into the remaining primary quartz grains (61); deformed plagioclase feldspar crystallites (66) and pyroxene (67) randomly distributed in fasevidro; and block type anhydrite (calcium sulfate) crystallites not shown in Figure 7. The anhydrite phase is a major component of this synthetic rock material and serves as a primary receptacle for sulfur which was a dominant constituent of the fly ash ash residual material.
Cristalitos de wollastonita individuais variam de tamanho de 1a 6 μιη. Os cristalitos de plagioclásio em forma reticulada e piroxeno variamde 1 a 5 μιη de largura e 2 a 15 μπι de comprimento. Os maiores fenocristaisde anidrita tipo bloco têm um tamanho que pode ser resolvido commicroscopia de luz polarizada, com tamanhos típicos variando de 10 a 70 μηι.Individual wollastonite crystallites range in size from 1 to 6 μιη. Reticulated plagioclase crystallites and pyroxene range from 1 to 5 μιη in width and 2 to 15 μπι in length. The largest block-type anhydrite phenocrystals have a size that can be resolved by polarized light microscopy, with typical sizes ranging from 10 to 70 μηι.
A fase vidro contínua deste material de rocha sintéticaenvelopa toda a parte de grão dos grãos de minerais primários e secundários,resultando em poucos ou nenhum vazio (68). O espaço vazio predominantenesta rocha sintética foi herdado e associado com as esférulas de cinza volanteprimária (69). Existe pouca ou nenhuma comunicação entre qualquer dosvazios isolados resultantes dos valores de absorção muito baixos,determinados para este material de rocha sintética.The continuous glass phase of this synthetic rock material covers the entire grain portion of the primary and secondary mineral grains, resulting in little or no void (68). The predominant void space in this synthetic rock was inherited and associated with primary fly ash beads (69). There is little or no communication between any of the isolated voids resulting from the very low absorption values determined for this synthetic rock material.
O atributo estrutural exclusivo deste material de rocha sintéticaé a microestrutura mineralógica de brecha agregada criada pelos trêscomponentes importantes que inclui: 1) os clastos remanescentes primários,que, neste exemplo, incluem grãos minerais e grãos mineralóides, tais comoesférulas de cinza volante, 2) a fase vidro, e 3) a fase de cristalito secundária.O desenvolvimento de agrupamentos dos cristalitos de wollastonita grandescristalizados em torno de grãos de quartzo primário contribui para a fração deagregados grosseiros (65). Este arranjo estrutural de brecha agregada decomponentes (ou constituintes) cria uma forte microestrutura mineralógicaagregada com superiores propriedades de resistência e durabilidade exclusivasdeste material de rocha sintética.The unique structural attribute of this synthetic rock material is the aggregate loophole microstructure created by the three important components which includes: 1) the remaining primary clasts, which in this example include mineral grains and mineraloid grains such as fly ash beads, 2) the glass phase, and 3) the secondary crystallite phase. The development of large crystallized wollastonite crystallite clusters around primary quartz grains contributes to the coarse deagregated fraction (65). This decomposing (or constituent) aggregate gap structural arrangement creates a strong aggregated mineralogical microstructure with superior strength and durability properties unique to this synthetic rock material.
Quinta ModalidadeFifth Modality
Esta modalidade é um método de processamento de materiaisminerais residuais, tais como rejeitos de mina, cinza, escória, limos esimilares, que resulta na composição e artigos de fabricação correspondentesdo requerente.This embodiment is a method of processing residual mineral materials, such as mine tailings, ash, slag, and similar sludge, which results in the applicant's corresponding composition and articles of manufacture.
Referindo-se à figura 8, matéria-prima para fabricação derocha híbrida sintética 100 pode ser, por exemplo, rejeitos de mina, rocharesidual, finos de pedreira, limos, cinza volante, cinza tipo detrito, cinza decarvão, cinza de incinerador, ou misturas desses materiais entre si ou commateriais de alimentação cerâmica pura, tais como argila, feldspato, quartzo,talco e similares. Materiais residuais de silicato são particularmente bemadequados para uso como matéria-prima. Matéria-prima 100 é distribuída aoaparelho de classificação 120, que tem uma saída para partículas de tamanhomaior 122 com um tamanho maior que um tamanho da abertura da peneirapredeterminado, e que tem adicionalmente uma saída 123 para partículas demenores tamanhos 124, com um tamanho menor que um tamanho da aberturada peneira predeterminado. Partículas com maior tamanho 122 podem serrecicladas para o aparelho de classificação 120 por meio de um processo detrituração (não mostrado), ou jogadas fora.Referring to FIG. 8, the raw material for the manufacture of synthetic hybrid swab 100 may be, for example, mine tailings, rocharesiduals, quarry fines, slime, fly ash, charcoal ash, incinerator ash, or mixtures. such materials together or as pure ceramic feed materials, such as clay, feldspar, quartz, talc and the like. Silicate waste materials are particularly well suited for use as raw materials. Raw material 100 is distributed to the rating apparatus 120, which has an outlet for larger particle size 122 larger than a predetermined sieve opening size, and which additionally has an outlet 123 for smaller particle size 124, smaller than a predetermined sieve aperture size. Larger particles 122 may be recycled to the grading apparatus 120 by a shredding process (not shown), or thrown away.
Partículas de menor tamanho de matéria-prima 124 sãotransferidas para uma tremonha 131 da calcinação rotativa 130. O sem-fim dealimentação 137 é acionado, por exemplo, pelo motor 136, e matéria-primaparticulada é assim levada para um cilindro rotativo aquecido 132. O Cilindro132 é aquecido por qualquer dos vários meios, incluindo, mas sem limitações,aquecedores de resistência elétrica, queimadores de gás, e calor exausto ouresidual de outros processos. O acionamento 138 gira o cilindro 132, que podeter uma superfície interna lisa, ou, alternativamente, pode ter uma superfícieque é corrugada ou de outra forma grosseira, por exemplo, com saliências,para fornecer um meio para o material ser repetidamente levantado e solto àmedida que ele move através do cilindro. O cilindro 132 é inclinado a umângulo raso em relação à horizontal a fim de conduzir lentamente o pó emdireção ao conjunto de descarga 133. A calcinação 130 tem opcionalmenteentrada de gás 135 para a adição de ar ou outros gases e liberar ar 134 para aremoção de produtos de combustão ou outros produtos da decomposiçãogasosa. A calcinação 130 é operada a temperaturas abaixo do ponto em que omaterial começa amolecer e sintetizar,- mas a temperaturas elevadas tais que omaterial seja pré-aquecido e seco. Outras transformações químicas úteispodem ser realizadas na calcinação, incluindo, mas sem limitações,combustão de materiais orgânicos, conversão de minerais hidratados emóxidos desidratados, dessulfuração, decomposição de carbonatos e similares.A temperatura de processo para cada uma dessas operações varia, mas fica emgeral na faixa de 100 a 1.000 graus C.Smaller raw material particles 124 are transferred to a hopper 131 of rotary calcination 130. The feed auger 137 is driven, for example, by motor 136, and particulate matter is then carried to a heated rotary cylinder 132. Cylinder132 is heated by any of several means, including, but not limited to, electrical resistance heaters, gas burners, and our exhausted heat from other processes. The drive 138 rotates the cylinder 132, which may have a smooth inner surface, or alternatively may have a surface that is corrugated or otherwise roughened, for example, with projections, to provide a means for the material to be repeatedly raised and released as that he moves through the cylinder. Cylinder 132 is inclined to a shallow horizontal angle to slowly drive the powder toward discharge assembly 133. Calcination 130 has optionally gas inlet 135 for adding air or other gases and releasing air 134 for product removal. combustion products or other decomposition products. Calcination 130 is operated at temperatures below the point at which the material begins to soften and synthesize, but at elevated temperatures such that the material is preheated and dried. Other useful chemical transformations may be performed in calcination, including, but not limited to, combustion of organic materials, conversion of hydrated minerals to dehydrated oxides, desulphurization, carbonate decomposition and the like. The process temperature for each of these operations varies but is generally range 100 to 1,000 degrees C.
O material particulado calcinado 139 sai a uma temperaturanesta faixa, preferivelmente cerca de 800 a 1.000 graus Celsius, e passa pelaválvula 140 para a tremonha 150. A válvula 140 pode ser fechada parafornecer uma vedação hermética a vácuo entre a tremonha 150 e a calcinação130. Preferivelmente, a válvula 140 é uma válvula rotativa de alta temperaturaque pode escoar continuamente material por ela, mantendo ainda umdiferencial de pressão.The calcined particulate material 139 exits at a temperature in this range, preferably about 800 to 1,000 degrees Celsius, and passes valve 140 to hopper 150. Valve 140 can be closed to provide a hermetic vacuum seal between hopper 150 and calcination130. Preferably, valve 140 is a high temperature rotary valve that can continuously flow material through it while still maintaining a pressure differential.
A tremonha 150 é de preferência termicamente isolada, ou,alternativamente, provida com uma fonte de calor para manter a temperaturado material particulado. A saída de vácuo 151 pode ser provida para conexãoao vácuo 152. O vácuo remove gás aprisionado e intersticial do materialparticulado e contribui para a produção de material de rocha híbrida sintéticasem vazios de uma etapa de extrusão subseqüente. Vácuo pode tambémreduzir a oxidação de minerais e pode aumentar a variedade ou nível decristalização no produto resultante.Hopper 150 is preferably thermally insulated, or alternatively provided with a heat source to maintain particulate material temperature. Vacuum outlet 151 may be provided for connection to vacuum 152. Vacuum removes trapped and interstitial gas from particulate material and contributes to the production of synthetic hybrid rock material in voids of a subsequent extrusion step. Vacuum may also reduce the oxidation of minerals and may increase the variety or level of crystallization in the resulting product.
A abertura de flange 161 da tremonha 150 é conectada naalimentação 160 na abertura do flange 161. A alimentação 160 pode funcionarcomo um aríete de ação alternada, ou com um sem-fim, ou como ambos. Osem-fim 162 é rotacionado pelo eixo 163 e acionamento 164, levando assimmaterial de rocha híbrida sintética particulado diretamente para o cilindro daextrusora 180. Todo o conjunto sem-fim/acionamento pode mover-seaxialmente, por exemplo, por meio de aríete hidráulico 165, movendoaxialmente no cilindro hidráulico 166 por causa da pressão criada pela bombaou unidade de energia hidráulica 167. O movimento axial do sem-fim 162também transfere material particulado para o cilindro da extrusora 180.Flange opening 161 of hopper 150 is connected to feed 160 at flange opening 161. Feed 160 can function as an alternating-action ram, or with an auger, or both. Endless 162 is rotated by shaft 163 and drive 164, thus taking particulate synthetic hybrid rock material directly to the extruder cylinder 180. The entire auger / drive assembly can be moved axially, for example by means of hydraulic ram 165, moving axially on the hydraulic cylinder 166 because of the pressure created by the pump or hydraulic power unit 167. The axial movement of the worm 162 also transfers particulate material to the extruder cylinder 180.
Um ciclo operacional típico para usar tanto os aspectos dosem-fim como do aríete da invenção juntos é o seguinte. Com pouca ounenhuma força, talvez uma força para trás do aríete hidráulico 165, oacionamento 164 gira o sem-fim 162, que transfere material particulado parao cilindro da extrusora 180. Quando o espaço disponível no cilindro daextrusora 180 é cheio com material particulado recém-transferido, oacionamento 164 é desativado, e o sem-fim 162 pára de girar. O aríete 165 éentão energizado pela unidade de potência 167 para fornecer uma força axialno sem-fim 162, que, por sua vez, empurra o material no cilindro da extrusora180. O material é transferido axialmente para baixo no cilindro da extrusora180 desta maneira por uma distância predeterminada. Uma vez que a ditadistância predeterminada tenha sido atingida, a força aplicada pelo aríetehidráulico é reduzida, e o ciclo pode ser repetido.A typical operating cycle for using both the end and ram aspects of the invention together is as follows. With little or no force, perhaps a force behind hydraulic ram 165, drive 164 rotates worm 162, which transfers particulate material to extruder cylinder 180. When available space in extruder cylinder 180 is filled with newly transferred particulate material , the drive 164 is deactivated, and the worm 162 stops spinning. The ram 165 is then energized by the power unit 167 to provide an endless axial force 162, which in turn pushes the material into the extruder cylinder 180. Material is transferred axially down into the extruder cylinder 180 in this manner by a predetermined distance. Once the predetermined distance has been reached, the force applied by the water hammer is reduced, and the cycle can be repeated.
O cilindro da extrusora 180 pode ser construído de ummaterial com excelente resistência a altas temperaturas, boa condutividadetérmica, resistência aceitável e excelente resistência a molhagem ou reaçãocom materiais a ser processados na extrusora. Preferivelmente, o cilindro daextrusora 180 é construído de carboneto de silício (SiC). Maispreferivelmente, o cilindro da extrusora 180 é construído de carboneto desilício ligado por nitreto (SiN-SiC), por exemplo, material Advancer™disponível pela St. Gobain Industrial Ceramics.The extruder cylinder 180 can be constructed of material with excellent high temperature resistance, good thermal conductivity, acceptable strength and excellent resistance to wetting or reacting with materials to be processed in the extruder. Preferably, the extruder cylinder 180 is constructed of silicon carbide (SiC). Most preferably, the extruder cylinder 180 is constructed of nitride-bonded desilicon carbide (SiN-SiC), for example Advancer ™ material available from St. Gobain Industrial Ceramics.
O cilindro da extrusora 180 é comprimido entre a alimentação160 e a cruzeta 190 e suportado dentro do forno 170. O forno 170 fornececalor, por exemplo, por aquecedores de resistência elétrica ou por combustãode gás, e é preferivelmente um projeto de tubo dividido para facilitar amanutenção, e também preferivelmente tem múltiplas zonas de controle detemperatura ao longo de seu comprimento. O forno 170 fornece calor paraaumentar a temperatura do cilindro da extrusora 180 o bastante para fundir,sinterizar, fundir parcialmente ou de outra forma obter a vitrificação desejadado material dentro dele.Extruder cylinder 180 is compressed between feed 160 and crosshead 190 and supported within furnace 170. Furnace 170 provides heat, for example by electric resistance heaters or gas combustion, and is preferably a split tube design for ease of maintenance. It also preferably has multiple temperature control zones along its length. The furnace 170 provides heat to raise the temperature of the extruder cylinder 180 sufficiently to melt, sinter, partially melt or otherwise obtain the desired glazing material within it.
Dentro do cilindro da extrusora 180, material particuladoalimentado pela alimentação 160 é transferido axialmente em direção à matrizdo redutor 181 e aquecido, dessa forma consolidando e vitrificando o materialparticulado em material de rocha híbrida sintética pelo menos parcialmentefundido.Within the extruder cylinder 180, feed-fed particulate material 160 is transferred axially toward the reducing die 181 and heated, thereby consolidating and vitrifying the particulate material into at least partially fused synthetic hybrid rock material.
A matriz redutora 181 conectada na extremidade do cilindro daextrusora 180 fornece uma resistência ao fluxo do dito material de rochahíbrido sintético pelo menos parcialmente fundido e assim aumenta a pressãonecessária aplicada pelo aríete 165 para transferir o material, provendo ummecanismo para consolidação do material. A matriz com faces altas opcional182 conectada na extremidade da matriz redutora 180 pode aumentar aindamais a resistência ao fluxo. Na ausência da matriz com faces altas 182, pode-se utilizar um espaçador, por exemplo, um pequeno comprimento adicional docilindro, similar ao cilindro da extrusora 180. Na extremidade de descarga daextrusora, ou seja, onde a matriz com faces altas ou espaçador sai do forno170, um anel isolante 183 feito de material resistente termicamente isolante,preferivelmente zircônia, é colocado. O anel isolante 183 minimiza acondução de calor do forno para a cruzeta 190, e é capturado em uma aberturarebaixada dentro da cruzeta 190.The reducing die 181 attached to the cylinder end of the extruder 180 provides a flow resistance of said at least partially fused synthetic hybrid rock material and thus increases the required pressure applied by battering ram 165 to transfer the material, providing a mechanism for material consolidation. The optional high-sided die182 connected to the end of the reducing die 180 can further increase flow resistance. In the absence of the high-face die 182, a spacer may be used, for example, an additional short length of the cylinder, similar to the extruder cylinder 180. At the discharge end of the extruder, ie where the high-face die or spacer exits From furnace 170, an insulating ring 183 made of thermally insulating resistant material, preferably zirconia, is placed. The insulating ring 183 minimizes heat conduction from the furnace to crosshead 190, and is captured in a lowered opening within crosshead 190.
A cruzeta 190 é uma chapa rígida que permite passagem deproduto de rocha híbrida sintética extrusada 130 por um furo no centro,provendo ainda compressão mecânica ao anel isolante 183, matriz com facesaltas 182, matriz redutora 181 e cilindro da extrusora 180. a cruzeta 190 ésuportada por uma pluralidade de molas rígidas 191, cada qual reagindo auma célula de carga 192 montada em um suporte rígido fixo.Crosshead 190 is a rigid plate allowing the passage of extruded synthetic hybrid rock product 130 through a hole in the center, further providing mechanical compression to the insulating ring 183, high-sided die 182, reducing die 181 and extruder cylinder 180. the crosshead 190 is supported by a plurality of rigid springs 191, each reacting to a load cell 192 mounted on a fixed rigid support.
O produto rocha híbrida sintética extrusado 130 sai da matrizcom faces altas 182, passa pelo anel isolante 183 e cruzeta 190, e é suportadoe transferido por uma pluralidade de rolos 201 dentro das câmaras aquecidas200 e 220. a temperatura nas câmaras aquecidas 200 e 220 é mantida demaneira tal que o material de rocha híbrida sintética extrusado 230 permaneçadeformável o bastante para ser cortado pelas tesouras 210 anexadas nosatuadores 212. Depois do corte, o material de rocha híbrida sintéticaextrusado 220 pode ser removido da câmara aquecida 220 e resinado porvários meios para disponibilizar produtos úteis. Alternativamente, o materialde rocha híbrida sintética extrusado 230 pode ser transferido para operaçõessubseqüentes, tais como prensa, conformação, laminação, moldagem ouvitrificação a uma alta temperatura, usando dessa forma eficientemente ocalor no material.The extruded synthetic hybrid rock product 130 exits the high-sided die 182, passes through the insulating ring 183 and crosshead 190, and is supported and transferred by a plurality of rollers 201 within the heated chambers200 and 220. the temperature in the heated chambers 200 and 220 is maintained. such that the extruded synthetic hybrid rock material 230 remains sturdy enough to be cut by the scissors 210 attached to the tattooers 212. After cutting, the extruded synthetic hybrid rock material 220 can be removed from the heated chamber 220 and resined by various means to provide useful products. . Alternatively, the extruded synthetic hybrid rock material 230 can be transferred to subsequent operations such as press, forming, rolling, high temperature nitrification molding, thereby efficiently using heat in the material.
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